DE2030843A1

DE2030843A1 - Zweipol mit negativem Widerstand und Verwendung des Zweipols in einem Gleichspannungswandler

Info

Publication number: DE2030843A1
Application number: DE19702030843
Authority: DE
Inventors: Alois Dr Nussbaumen Marek (Schweiz) P HOIl 1 14
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1970-03-23
Filing date: 1970-06-23
Publication date: 1971-09-30
Also published as: GB1285307A; US3723775A; DE2030843B2; DE2030843C3; NL7103781A; FR2084970A5

Description

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Aktiengesellschaft Brown, Boveri'& Ciey, Baden (Schweiz)

Zweipol mit negativem Widerstand und Verwendung des ZweipoTs in einem Gleichspannungswandler

Die Erfindung betrifft einen Zweipol mit einstellbarem, negativem, di ff erentiellem Widerstand, bestehend aus einer Schaltungsanordnung mit einem ersten Verstärker-Dreipol beliebigen Leitfähigkeitstyps und einem zweiten Verstärker-Dreipol entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, in der eine erste Kanäle]ektrode des genannten ersten VerstMrker-Dreipols und die Steuerelektrode des genannten zweiten Verstärk&r·- Dreipols an eine gemeinsame Klemme angeschlossen sind, die die eine Klemme des Zweipols bildet.

Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung aes Zweipols als aktives Element in einem Gleichspannungswandler.

Zweipole mit negativem- Widerstand, z.B. Tunneldioden, Vierschichtdioden, Dynatrons etc., finden in olektro-

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nischen Schaltkreisen ein weites Anwendungsgebiet. Sie werden in Filtern zur Entdämpfung des Schwingkreises, in Oszillatorschaltungen, Verstärkern, Impuls- und Digitalkreisen etc, eingesetzt. Diese oben genannten "klassischen" Zweipole weisen jedoch eine Reihe von Mängeln auf. So ist beispielsweise der ausnutzbare Bereich negativen Widerstandes auf der U-rl-Kennlinie sehr klein (bei Tunneldioden ca. 0,5 V), grösstenteils ist die Linearität in diesem Bereich ungenügend und der vorfügbare Spannungshub relativ gering (bei GaAs-Tunneldioden beträgt er beispielsweise nur ungefähr 1 V). Ein v/eiterer Mangel ist darin zu sehen, dass die Beeinflussung der Grosse des negativen Widerstandes nur in engen Grenzen oder überhaupt nicht möglich ist.

Um diese Mängel zu beheben, wurden verschiedenen Ersatzschaltungen mit Transistoren, ohrnschen Widerständen und fallweise zusätzlichen Hilfsstromquellen vorgeschlagen, die in bestimmten Bereichen ihrer U-I-Kennlinie ähnliches Verhalten wie die oben aufgeführten Bauelemente zeigen. So wird z.B. in Electronic Engineering I963, S. 7131, eine Transistorschaltung angeloben, die die Charakteristik einer Tunneldiode auf- -we kit, in Electronic Engineering 1967_S S. 715, eine

Arr.; ndung dieser Schaltung in einem Transißtoroszilbeschrieben.

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Ebenso wie bei den eingangs aufgeführten Bauelementen erlauben diese Ersatzschaltungen die Variation des Betrages des negativen Widerstandes nur in einem gewissen, engen Bereich, beispielsweise durch Variieren der Betriebsspannung.

Eine weitere Schaltung, die das Verhalten eines Zweipols mit negativer Widerstandscharakteristilc aufweist, wird in Electronics Letters, Vol. 6, 1970, Nr. 1, S. 2_> beschrieben. Sie ist in Fig. 1 dai*gestellt. Der Emitter-Strom eines bipolaren Transistors 1 wird durch einen in Serie mit dem Basis-Anschluss 2 des Transistors 1 liegenden Feldeffekt-Transistor 3 gesteuert. Der Arbeitspunkt des Feldeffekt-Transistors 3 wird durch den aus den Widerständen fi und 5 gebildeten Spannungsteiler festgelegt, der zwischen den Emitter-Anschluss 6 und Kollektor-Anschluss 7 des Transistors 1 geschaltet ist« Die Grosse des negativen Widerstandes ist durch den-Widerstand 5 festgelegt. Durch Variieren des V/iderstandswerfces von 5 lässt sich die GrÖsse des negativen Widerstandes des Zweipols in weiten Grenzen beeinflussen.

Diese Transistorschaltung hat jedoch eine Reihe von Machteilen, die ihre Anwendung bei höheren Frequenzen problematisch macht. Der Widerstand 5 liegt nvit einem Pol an der Signalfspannung. Eine Aenderunp, den Wider-

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standswertes von 5 von aussen, d.h. durch nicht unmittelbar in der Nachbarschaft- der Schaltung angeordnete Einstellorgane, ist dann mit Schwierigkeiten verbunden. Ein weiterer Machteil der bekannten Anordnung besteht darin, dass der aus den Widerständen 4 und 5 bestehende Spannungsteiler kapazitiv kompensiert v/erden muss, was zur Folge hat, dass mindestens eine Elektrode des Feldeffekt-Transistors 3 von einer Impedanz gespeist wird, was sich wiederum auf die dynamische U-I-Kennlinie des Feldeffekt-Transistors bei hohen Frequenzen ungünstig auswirkt und ein Versagen der Schaltung zur Folge haben kann.

Von Nachteil ist ferner, dass in der Schaltungsanordnung gemäss Fig. 1 stets ein kleiner, durch die Widerstände ^ und 5 des Spannungsteilers bestimmter Strom fliesst, der sich zudem mit dem eingestellten negativen Widerstand verändert.

Ein weiterex Nachteil der .bekannten Schaltungsanordnung ist darin zu sehen, dass die Widerstände H und $ des Spannungsteilers den Rauschabstand des Zweipols verschlechtern, da sie stets parallel zu den Zweipolklemmen liegen.

Ziel der Erfindung ist ein Zweipol ffiit einstelibärem,

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.negativem, differentiellem Widerstand, dessen charakteristische/f Eigenschaften nicht durch die die Grosse des negativen Widerstandes bestimmenden Schaltmittel verändert werden und dessert Hochfrequenz-Eigenschaften nur durch die verwendeten aktiven Bauelemente, also die Transistoren bestimmt werden.

Das Ziel der vorgenannten Erfindung wird dadurch erreicht, dass die zweite Kanalelektrode des ersten Verstärker-Dreipols mit der ersten Kanalelektrode des zweiten Verstärker-Dreipols verbunden ist, dass die Steuerelektrode des ersten Verstärker-Dreipols die andere Klemme des Zweipols bildet, und dass eir.e zwischen die Steuerelektrode des ersten Verstärker-Dreipols und die zweite Kanalelektrode des zweiten Verstärker-Dreipols geschaltete variable Gleichspannungsquelle vorgesehen ist, die zur Aenderung des negativen, differentiellen Widerstandes des Zweipols dient. .

Die Erfindung wird in vorteilhafter V.'eise dadurch realisiert, dass der erste Verstärker-Dreipcl ein bipolarer Transistor, der zweite Verstärker-Dreipol ein Feldeffekt-Transistor (Depletion-Typ) ist.

Gegenüber den bekannten Schaltungsanordnungen hat diese Lösung den Vorteil, dass der Betrag den negativen Wider-

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Standes durch eine nicht sigrialijpannungsfillireri-Je Gleich-

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spannung einstellbar ist. Diese Lösung zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Grenzfrequenz des Zweipcls nur durch die aktiven Elemente bestimmt wird und nicht durch die die Grosse des negativen Widerstandes bestimmenden Schaltmittel.

Diese Schaltungsanordnung kommt zudem mit einem Minimum an Bauelementen aus, wodurch es gut möglich ist, diesen Zweipol in einfacher V/eise als monolithischen Schaltkreis herzustellen.

Das weite Feld der Anwendung dieses Zweipols erstreckt sich nicht nur auf Hochfrequenz-Anwendungen, z.B. Ab-' stimmen der Güte von Resonanzkreisen in Verstärkern, Filtern, Oszillatoren, sondern auch auf digitale Schaltkreise und ganz allgemein auf das Erzeugen und Verformen von nicht sinusförmigen Wechselspannungen.

Eine erste vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, in die Verbindungsleitung zwischen der zweiten Kanalelektrode des ersten Verstärker?-- Dreipols und der ersten Kanalele.ktrocle des zweiten Verstärker-Dreipols einen Hilfsstrorn einzuleiten. Durch die?5e Massnahme wird erreicht, dass sich eier ciifferentioile Widerstand des Zweipols von positiven Werten über den Wert "unendlich bis hin su negativen Werten

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einstellen lässt.

Eine zweite vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes besteht im Hinzufügen eines Kcnstantstrom-Zweipols, dessen eine Klemme mit der zweiten Kanalelektrode des zweiten Verstärker-Dreipols in Serie geschaltet ist. Verzugsweise besteht besagter Konstantstrom-Zweipol aus einem Verstärker-Dreipol, dessen erste Kanalelektrode mit der zweiten Kanalelektrode des genannten zweiten Verstärker-Dreipols verbunden ist, welcher Konstantstrom-Zweipol mittels einer zwischen Steuerelektrode und zweiter Kanalelektrode angelegten, von einer zweiten Hilfsspannungsquelle erzeugten Hilfsspannung einstellbar ist. Die aus dieser Massnahme resultierenden Eigenschaften gestatten die Verwendung der so aufgebauten Schaltungsanordnung als Erreger-Zweipol in Oszillatorschaltungen mit selbsttätiger Amplitudenregelung*.

Es ist vorteilhaft, in der Realisierung dieser Weiterbildung der Erfindung als dritten Verstärker-Dreipcl einen Feldeffekttransistor vorzusehen.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung des Zweipols gemäss der Erfindung als Erreger-Zweipol in einem transformatorlosen Gleichspannungswandler, in dem der Zweipol in einer zwischen seine Klemmen geschalteten Spule Relaxations-Schwingungen erzeugt,.die anschliessend gleichgerichtet werden, wobei als Eingangskiemmen des Wandlers die

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Hilfsspannungsanschlüsse des Zweipols, d.h. der Drain-Anschluss des ersten Feldeffekt-Transistors und der Basis-Anschluss des bipolaren Transistors,, figurieren»

Dieser Gleichspannungswandler weist gegenüber bekannten Anordnungen den Vorteil auf _? kleine Spannungen ( st 0_?3 Volt) mit gutem Wirkungsgrad ohne Zwischenschaltung eines Transformators in Gleichspannungen umzusetzen, die um den Faktor 50 - 100 höher sind, als die Eingangsgleichspannung_p wobei die maximal zu erreichende Ausgangsgleichspannung nur durch die Durchbruch-Spannungen der im Zweipol verwendeten Halbleiter begrenzt wird. Auch werden keine zusätzlichen PoIarisätionsspannungen benötigt,_βwie sie etwa bei vergleichbaren Wandlern (Tunneldioden-Wandler) unbedingt erforderlich sind.

In den Zeichnungen sind neben dem Stand dor Technik erfindungsgemässe Ausführungen beispielsweise dargestellt»

Bs zeigt - '

Fig. 1 einen bekannten Zweipol,

Fig. 2 eine beispielsweise Ausführung der Erfindung, Fig. 3 das U-I-Kennlinienfeld. eines Zweipols gemäs's Fig. 2

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Pig." 4 eine erste Abwandlung der Erfindung geinäss

Fig. 2, ·

' Fig. "'5 das U-I-Kennlinienfeld eines Zweipols ge-

mäss Fig. 4,
Fig. 6 eine." zweite- Abwandlung der Erfindung ge™

mäss Fig. 2,
Fig. 7 das Ü-I-Kennlinienfeld eines Zweipols ge-

raäss Fig. 6,
Fig« 8 ein Änwendungsbeispiel eines Zweipols ge~ mäss Fig. 2.

Gleiche Teile sind in den Fig. 2, Fig. 4, Fig. 6, Fig.-'8'mit denselben .Bezugsziffern versehen.

Die Erfindung soll nun anhand der Figuren näher erläutert werden.

In Fig. 2 ist der Emitter-Anschluss eines bipolaren Transistors.8 mit 9, der Basis-Anschluss mit 10, der

Kollektor-Anschluss mit 11 bezeichnet. Mit der Begugsziffer 12 ist ein Feldeffekt-Transistor benannt, .«ein -Sour-ce-Anschluss mit .13$ sein Gate-Anschluss mit IiJ, sein-Drain-Anschluss '-'mit 15« Der Emitter-Anschluss' 9. des bipolaren 'f.?anaistos»s 8 ist.wit· dem Spures-A.·!» . 13 des Fexcleffelct-TransiEtors 12.^ c-er. Kollektor= 11 des bipolaren Transistors B isfe mii uzm

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Gate-Anschluss 1*1 des Feldeffekt-Transistors .1:2 verbunden. Zwischen den Basis-Anschluss 10 des bipolaren Transistors 8 und den Drain-Anschluss 15 des Feldeffekt-Transistors 12 ist eine variable Spannungsquelle 16 geschaltet, derart, dass der Pluspol der Spannungsquelle 16 mit dem Drain-Anschluss 15» der Minuspol mit dem Basis-Anschluss 10 verbunden ist. Die Verbindungsleitung vom Kollektor-Anschluss 11 des bipolaren Transistors 8 zum Gate-Anschluss 1H des Feldeffekt-Transistors 12 ist an eine Klemme 17 geführt, der Basis-Anschluss 10 des bipolaren Transistors 8 ist an eine weitere Klemme 18 geführt. Diese beiden Klemmen 17 und 18 bilden die Klemmen des Zweipols.

Die Wirkungsv/eise der Schaltungsanordnung gemäss Fig. soll nun in Verbindung mit dem in Fig. 3 dargestellten U-I-Kennlinienfeld näher erläutert werden. Um die Betrachtungsweise zu vereinfachen, sei in den nachstehenden Erläuterungen angenommen, dass die Klemme 18 des Zv/eipols auf Massepotential liege.

Die Gleichspannungsquelle 16 sei so eingestellt, dass der Drain-Anschluss 15 des Feldeffekt-Transistors positiv gegenüber der Klemme 18, ist. Legt man nun eine negative Spannung - etwa in der Grosse -15 bis -JO VoIt^ an die Klemme 17 an, so ist der Feldeffekt-Transistor

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gesperrt, da sein Gate-Anschluss 14 auf einem negativen Potential in Besug auf seinen Source-Anschluss 13 liegtΌ Ueber die Kollektor-Basis-Diode des bipolaren Transistors 8 kann ebenfalls kein Strom fliessen, da diese '-'durch die an die Klemme 17 angelegte negative Spannung gesperrt ist. Es fliesst also kein Strom im Zweipol.* Auch geringfügige Spannungserhöhung ändert an diesem Zustand nichts_:: d.h. der differentielle Widerstand des Zweipols ist un» endlich gross₉ der entsprechende Abschnitt der ü-I~Kennlinie hat die Steigung "null" und fällt mit der Ü-Achse zusammen (Fig. 3).

Wird nun die Spannimg an der Klemme 17 in Richtung positiver Werte erhöht, so geht der Feldeffekt-Transistor 12 allmählich in den leitenden Zustand über, und es kann ein Strom in den Emitter-Anschluss 9 des bipolaren Transistors 8 hineinfiiesseri, der um den sehr· kleinen Basis-Strom vermindert, an der Klemme 17 des Zweipols erscheint, und zwar entgegengesetzt zur eingetragenen Pfeilrichtung I. Mit positiver werdender Spannung an der Klemme 17 nimmt der aus der Klemme 17 herausfliessende Strom immer mehr zu, d.h. die Ü-I-Kennlinie hat in diesem Bereich eine negative Steigung, der differen~ tielle Widerstand ist negativ (Fig. 3)« Erst wenn die an die Klemme 17 angelegte Spannung positiv ist₃ genauor gesagt, wenn nie einen durch den bipolaren Transistor 0

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bestimmten positiven Wert übersteigt, wird die Kollektor-Basis-Diode des bipolaren Transistors 8 leitend, um mit zunehmender Spannung an der Klemme 17 erhöht sich auch der Strom (in Pfeilrichtung 1) im Zweipol.

Die Höhe der am Drain-Anschluss 15 anliegenden Hilfsspannung U, bestimmt bei gegebener Spannung an der Klemme 17 den Oeffnungszustand des Peldeffekt-Transistors 12 und damit auch die Steigung der U-I-Kennlinie. Der Betrag der Steigung ist etwa proportional der angelegten Hilfsspannung IT. Der negativp differentielle Widerstand des Zweipols"ist demnach umgekehrt proportional der an den Drain-Anschluss 15 des Feldeffekt-Transistors 12 angelegten Hilfsspannung U,.

In Fig. 4 ist eine erste Abwandlung des Zweipols gemäss Fig. 2 dargestellt. Diese unterscheidet sich von der Schaltungsanordnung der Fig. 2 dadurch, dass die Ver- · bindungsleitung zwischen dem Emitter-Anschluss 9 des bipolaren Transistors 8 und dem Source-Anschluss 13 des Feldeffekt-Transistors 12 an eine weitere Klemme 19 geführt ist, die mit einer Hilfsstromquelle 20 verbunden ist.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäss Fig. *J

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soll nun in Verbindung mit dem in Fig. 5 dargestellten U-I-Kennlinienfeld näher erläutert werden. In den nachstehenden Erläuterungen sei wiederum angenommen, dass die Klemme 18 des Zweipols auf Massepotential liege»

Die variable Spannungsquelle l6' sei zunächst so eingestellt, dass der Drain-Anschluss 15 des Feldeffekt-Transistors 12 positiv gegenüber der Klemme 18 ist. Die Stromquelle 20 liefere einen Strom, der als Strom I- aus der Klemme 17 entgegengesetzt zur Pfeilrichtung I herausfliesst. Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung unterscheidet sich von der in Fig. 2 dargestellten Anordnung nua dadurch, dass die U-I-Kennlinien. um den Betrag I, in negativer I-Richtung verschoben sind (Fig. 5). Erniedrigt man nun die Hilfsspannung U₁ bis auf den Wert Null, so bleibt der Feldeffekt-Transistor 12 gesperrt, da seine Source-Drain-Spannüng verschwindend klein ist - der Spannungsabfall an der Emitter-Basis-Diode des bipolaren Transistors 8 sei hierbei vernachlässigt. Die Steigung der entsprechenden Kennlinie in Fig. 5 bleibt "null", bis die an die Klemme 17 angelegte Spannung positiv wird, und die Kollektor-Basis-Diode leitend wird.

Lässt man die Hilfsspannung U. negativ werden, dann geht

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der Feldeffekt-Transistor 12 wieder allmählich in den leitenden Zustand über, wobei aber der Feldeffekt-Transistor 12 nun einen Stromfluss in entgegengesetzter Richtung zulässt. Daraus resultiert ein Strom, kleiner als I., der in den Emitter 9 des bipolaren Transistors 8 ' hineinfliesst und - um den Basisstrom vermindert - aus Klemme 17 (entgegengesetzt zur eingezeichneten Pfeilrichtung I) wieder herausfliesst. Eine Erhöhung der Spannung an Klemme 17 hat eine Stromerhöhung zur Folge, d.h. I wird weniger negativ, Die Steigung der U-I-Kennlinie (Fig.5) ist positiv - der differentielle Widerstand ist ebenfalls positiv und lässt sich durch die an den Drain-Anschluss 15 des Feldeffekt-Transistors 12 angelegte Hilfsspannung in seiner Grosse beeinflussen.

Mit der in Fig. 4 beispielsweise dargestellten Schaltungsanordnung hat man einen Zweipol zur Hand, der nach Massgäbe der an dem Drain-Anschluss 15 des Feldeffekt-Transistors 12 anliegenden Hilfsspannung, negativen, unendlich grossen oder positiven differentieilen Widerstand aufweist, je nachdem die Spannung am Drain-Anschluss 15 des Feldeffekt-Transistors positiv ist, den Wert Null hat oder negativ ist.

Eine weitere Abwandlung der Schaltungsanordnung gemäss Fig.2 besteht darin, in Serie mit dem Feldeffekt-Transistor 12 einen weiteren Feldeffekt-Transistor 21 von (zum Feldeffekt-Transistor 12) entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp als Konstantstrom-Zweipol zu schalten.

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In Fig. 6 ist der Drain-Anschluss 15 des Feldeffekt-Transistors 12 mit dem Drain-Anschluss 22 eines Feldeffekt-Transistors 21 verbunden. Der Gate—Anschluss 23 und der · Source-Anschluss 24 des Feldeffekt-Transistors 21 sind mit einer zweiten Hilfsspannungsquelle 25 verbunden, die eine Hiifsgleichspannung Up liefert. Die variable Spannungsquelle 16 ist mit ihrem Plus—Pol mit dem Source-Anschluss 24 des Feldeffekt-Transistors 21, mit ihrem Minus-Pol mit der Klemme 18 des Zweipols verbunden.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäss Fig. 6 soll nun in Verbindung mit dem in Fig. 7 dargestellten U-I-Kennlinienfeld näher erläutert v/erden. Es sei wiederum angenommen, dass die Klemme 18 des Zweipols auf Masrepotential liege.

Durch Anlegen einer Hilfsspannung Up derart, dass der Gate-Anschluss 23 des Feldeffekt-Transistors 21 negativ gegenüber dem Source-Anschluss 24 ist, wird der im Zweipol fliessende Strom so gesteuert, dass er einen durch die Kilfsspannung U bestimmten, maximalen Wert nicht übersteigen kann. Ist der Strom im Zweipol, und damit auch der durch den Feldeffekt-Transistor 12 fliessende Strom seinem Betrag nach kleiner als der eingestellte Maximalstrom, so ist der Spannungsabfall zwischen Source-Anschluss 24 und Drain—Anschluss 22 des Feldeffekt-Transistors 21 gering. Dies bedeutet aber, dass die Spannung zwischen Klemme 18 und dem Drain-Anschluss 15 des Feldeffekt-Transictors 12 etwa gleich der

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Hilfsspannung U,. ist. Damit ergibt sich für solche Spannungen U und U^, die einen Strom entgegengesetzt zur Pfeilrichtung I im Zweipol zur Folge haben, der grosser ist als der durch U_r eingestellte Grenzstrom, ein Kennlinienveriauf, der etwa dem in Fig. 3 dargestellten Verlauf entspricht. Ist aber der eingestellte Grenzstrom erreicht, so verlaufen die Kennlinien alle parallel zur U—Achse.

Es ergeben sich somit U-I-Kennlinien für die Schaltungsanordnung gemäss Fig. 6, wie sie beispielsweise in Fig. 7 dargestellt sind. In dem interessierenden Bereich des Kennlinienfeldes links der I-Achse nimmt der differentielle Widerstand des .Zweipols nur negative_< oder unendlich grosse Werte an, wobei die Hilfsspannung U-, wie vorstehend dargelegt, den Betrag des differentiellen Widerstandes festlegt, die Hilfsspannung U„.den maximal fliessenden Grenzstrom (entgegengesetzt zur Pfeilrichtung I)'bestimmt.

Der Erfindungsgegenstand ist auf das in den Zeichnungen Dargestellte selbstverständlich nicht beschränkt. So kann an die Stelle des Feldeffekt-Transistors 12 in den Fig. 2, Fig.A resp. Fig.6 ein Verstärker-Dreipol mit ähnlichen Eigenschaften treten. Das gleiche gilt für den Feldeffekt-Transistor 21 in Fig. 6. Ebenso kann in den Figuren 2,4, und 6 der bipolare Transistor 8 durch einen anderen geeigneten Verstärker-Dreipol ersetzt werden. Von wesentlicher Bedeutung ist nur, dass die Verstärker-Dreipole 8 und 12 vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind.

1 0 9 8 4 0 / U 9 1 " ^BAD °tt3'NA'.

Ein Anwendungs bei spiel des .Zweipqls gemäss Fig. 2., ein Gleichspannungswandler für Spannungen ~ 0,3 Volt, ist in Fig. 8 dargestellt. Der Zweipol .ist mit seinen Klemmen 17 und l8 mit den Enden einer Spule 26 verbunden. An die Klemme 17 ist weiterhin eine Zenerdiode 28 mit ihrem Kathoden-Anschluss geschaltet. Zwischen der Anode der Zenerdiode 28 und der Klemme 18 liegt ein Kondensator 29. Die "beiden Anschlüsse des Kondensators 29 sind 'mit zwei weiteren Klemmen 50 und 31 verbunden, die die Ausgangsklemmen des Wandlers bilden. Zwischen diesen Klemmen liegt eien mit L bezeichnete Last. Die Batterie 27, deren Gleichspannung zu wandeln ist, ist mit ihrem Plus-Pol mit dem Drain-Anschluss 15 des Feldeffekt-Transistcrs 12, mit ihrem Minus-Pol mit der Klemme 18 verbunden.

Eine vereinfachte Erläuterung der Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung soll nachstehend anhand der Fig. 8 gegeben werden.

Beim Anlegen der Batterie spannung U_n^ = U, fllesst ein Strom durch den Feldeffekt-Transistor 12, über die Emitter-Kollektor-Strecke des bipolaren Transistors 8, in.die Spule 26, entgegengesetzt zur eingezeichneten Pfeilriohtung I. Aufgrund der Induktivität der Spule 26 ist dieser Strom anfangs relativ klein, die Spannung an der Klemme I7 leicht positiv gegenüber der Klemme l8 und entspricht etwa der. positiven Spannung,

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bei der die Kennlinie des Zweipols im U-I-Kennlinienfeld rechts der I-Achse die U-Achse schneidet ( + 0,7 Volt, wenn der bipolare Transistor 8 ein Silizium-Transistor ist, + 0,3 Volt im Falle eines Germanium-Transistors). Der durch die Spule 26 fliessende Strom hat negatives Vorzeichen, da sich' der Arbeitspunkt des Zweipols im IV.Quadranten des U-I-Kennllnienfeldes (Fig. 3) befindet. Dieser besagte Strom nimmt dem Betrage nach allmählich zu, wodurch sich die Spannung zwischen den Klemmen 17 und l8 erniedrigt. Bevor diese ■ Spannung den Wert Null erreicht, gerät der Arbeitspunkt des Zweipols in den Bereich negativen Widerstandes im U-I-Kennlinienfeld, wodurch sich die Richtung der Stromzunahme plötzlich ändert. Die Spannungserniedrigung zwischen den Klemmen 17 und 18 hat also zur Folge, dass an den Enden der Spule 26 eine die Batteriespannung um das Vielfache übersteigende Spannung entsteht, die den Stromfluss in der Spule aufrecht erhalten will. Die besagte Spannung ist negativ gegenüber der Klemme 18 und bewirkt eine Verschiebung des Arbeitspunktes dec Zweipols in Richtung negativer U-Achse. Dann nimmt der negative Strom seinem Betrage nach wieder ab, bis er nahezu Null ist, da er in die Last L und den Kondensator 29 hineinfliesst. Der Zweipol-Arbeitspunkt kommt dadurch in den Bereich unendlich grossen Widerstandes, und es erfolgt ein erneuter Spannungssprung, diesmal in Richtung positiver U-Werte, bis die Spannung zwischen den Klemmen wieder leicht positiv ist,

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d.h. Klemme 17 positiv gegenüber Klemme 18 ist. Dann wiederholt sich der soeben beschriebene Vorgang. An den Klemmen 17 und 18 entsteht also eine V/e öhselspannung, deren Spitzenwert die Batteriespannung beträchtlich übersteigt.

Die Zenerdiode 28 erfüllt in dieser Schaltungsanordnung zwei Aufgaben. Auf der einen Seite dient sie als Gleichrichterelement, auf der anderen Seite bewirkt sie eine Stabilisierung der Ausgangsgleichspannung, indem sie die Amplitude der am Kondensator 29 auftretenden Schwingungen begrenzt.

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Claims

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Patentansprüche

1.) Zweipol mit einstellbarem, negativem, differentiellem Widerstand, bestehend aus einer Schaltungsanordnzng mit einem ersten Verstärker-Dreipol beliebigen Leitfähigkeitstyps und eienm zweiten Verstärker-Dreipol entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, in der eine erste Kanalelektrode des genannten ersten Verstärker-Dreipols und die Steuerelektrode des genannten zweiten Verstärker-Dreipols an eine gemeinsame Klemme angeschlossen sind, die die eine Klemme des Zweipols bildet, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Kanalelektrode (9) des ersten Verstarker-Dreipols (8) mit der ersten Kanalelektrode (lj) des zweiten Verstärker-Dreipols (12) verbunden ist, dass die Steuerelektrode (10) des ersten Verstärker-Dreipols (8) die andere Klemme (l8) des Zweipols bildet, und dass eine zwischen die Steuerelektrode (10) des ersten Verstärker-Dreipols (8) und die zweite Kanalelektrode (.15) des zweiten Verstärker-Dreipols (12) geschaltete variable Gleichspannungsquelle (l6) vorgesehen ist, die zur Aenderung des negativen, differentiellen Widerstandes des Zweipols dient.

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2. Zweipol nach Anspruch 1, mit einstellbarem, negativem, differentiellem Widerstand, bestehend aus einer Schaltungsanordnung mit einem Feldeffekt-Transistor vom Depletiontyp und beliebigen Leitfahigkeitstyp und einem bipolaren Transistor vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, in der der Kollektor-An-*.'■■■> Schluss des bipolaren Transistors und der Gate-Anschluss des Feldeffekt-Transistors an eine gemeinsame Klemme angeschlossen sind, die die eine Klemme des Zweipols bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter-Anschluss (9) des bipolaren Transistors (8) mit dem Source-Anschluss (1>) des Feldeffekt-Transistors (12) verbunden ist, dass der Basis-Anschluss (10) des bipolaren Transistors (8) die andere Klemme (l8) des Zweipols bildet, und dass eine zwischen den Basis-Anschluss (10) des bipolaren Transistors (8) und den Drain-Anschluss (15) des Feldeffekt-Transistors (12) geschaltete, variable Gleichspannungsquelle (l6) vorgesehen ist, die zur Aenderung des negativen, differentiellen Widerstandes des Zweipols dient.

J5. Zweipol nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Verbindungsleitung zwischen der zweiten Kanalelektrode (9) des ersten Verstärker-Dreipols (8) und der ersten Kanalelektrode (-15-) des zweiten Verstärker-Dreipols (12) eine Hilfsstromquelle (20) geschaltet ist.

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4. Zweipol nach Anspruch 1 und Ansprüchen 2 und J>, dadurch gekennzeichnet, dass in die Verbindungsleitung zwischen Emitter-Anschluss (9) des bipolaren Transistors (8) und Source-Anschluss (13) des Feldeffekt-Transistors (12) eine Hilfsstromquelle (20) geschaltet ist.

5· Zweipol nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein einstellbarer Konstantstrom-Zweipol vorgesehen ist, der in Serie mit der zweiten Kanal-Elektrode (15) des zweiten Verstärker-Dreipols (12) geschaltet ist.

6. Zweipol nach Anspruch 1 und Ansprüchen 1 und 5> dadurch gekennzeichnet, dass ein vorzugsweise aus einem weiteren Feldeffekt-Transistor (21) gebildeter Konstabtstrom-Zweipol vorgesehen ist, der in Serie mit dem Drain-Anschluss (.1.5) des ersten Feldeffekt-Transistors (12) geschaltet ist, welcher Konstantstrom-Zweipol durch eine zwischen Gate-Anschluss (23) und Source-Anschluss (24) des Feldeffekt-Transistors (21) angelegte, von einer zweiten Hilfsspannungsquelle (25) erzeugten Hilfsspannung (Up) einstellbar ist.

7. Verwendung des Zweipols nach Anspruch 1, als aktives Element in einem Gleichspannungswandler, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmen (17 u. 18) des Zweipols mit den Enden einer Spule (26) verbunden sind, dass an die erste Klemme (17) des

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Zweipols eine Diode (28) geschaltet ist, dass zwischen der einen Elektrode der Diode (28) und der zweiten Klemme (l8) des Zweipols ein Kondensator (29) liegt, und dass die Batterie (27)j deren Gleichspannung zu wandeln ist, an die Stelle der variablen HiIfsspannungsqueHe (1.6) tritt. -■"

8. Gleichspannungswandler nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, dass die Diode (28) eine Zenerdiode ist, deren Kathode mit der Klemme (17) des Zweipols, deren Anode mit dem einen Anschluss des Kondensators (29) verbunden ist.

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

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