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Schaltungsanordnung mit zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten Tunneldioden
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltunganordnung mit zwei gleichsinnig
in Reihe geschalteten Twnneldioden und ggf. den Dioden parallel geschalteten Lastwiderständen.
Wunneldioden weisen in ihrer Stromspannungskennlinie einen Bereich mit negativem
differenziellen Widerstand auf. Auf Grund dieses Verhaltens kann man aus Tunneldioden
in Verbindung mit wenigen passiven Bauelementen bistabile, astabile oder monostabile
Schaltungen ausbauen. Besondere Bedeutung haben Schaltungen erlangt, die zwei gleichsinnig
in Reihe geschaltete Tunneldioden aufweisen. Solche Schaltungen werden auch als
Goto-Paar-Schaltungen bezeichnet.
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Bei der Realisierung von Schaltungen, die zwei Tunneldioden gleichsinnig
in Reihe geschaltet enthalten, entstehen für die Schaltungsparameter harte Toleranzforderungen.
Insbesondere müssen die Bergströme der beiden in Reihe geschalteten Tunneldioden
und ggf. die Größe der beiden parallel geschalteten Lastwiderstände völlig gleich
sein. Praktisch läßt sich eine Gleichheit der Bergströme nur durch eine Selektion
der Tunneldioden mit relativ hoher Ausschußrate erzielen Der vorliegenden Erfindung
liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung mit zwei gleichsinnig
in Reihe geschalteten Tunneldioden und ggf. den Dioden parallel geschalteten Lastwiderständen
anzugeben, bei der weniger scharfe Anforderungen an die Gleichheit der Parameter
der Tunneldioden ggf. der Lastwiderstände gestellt werden müssen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung der
eingangs
genanntenArt, bei der erfindungsgemäß die Bergströme der beiden Tunneldioden und/oder
die Widerstandswerte der Laserwiderstände voneinander abweichen und mit dem Verbindungspunkt
der beiden Dioden eine Korrekturgleichstromquelle verbunden ist.
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Durch eine geeignete Einstellung des von der Gleichstromquelle ausgehenden
Korrekturstromes können Exemplarstreuungen von Schaltungsparametern in ihrer Auswirkung
auf die Schaltkreisfunktion kompensiert werden, beispielsweise kann bei bistabilen
Tunneldioden-Paarschaltungen der Korrekturstrom so eingestellt werden, daß trotz
Exemplarstreuungen Bistabilität gewährleistet ist.
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Zweckmäßigerweise wird als Korrekturstromgleichquelle eine Quelle
eines eingeprägten Gleichstromes verwendet. In der Praxis hat sich ein Korrekturstrom
in der Größenordnung von etwa 0 bis 10 Milliampere, vorzugsweise 2 bis 5 FIilliampere,
als geeignet erwiesen, wenn die beiden Tunneldioden einen Bergstrom von ca. 10 Idilliampere
haben.
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Die Erfindung kann im Prinzip bei allen Goto-Paar-Schaltungen und
sonstigen bistabilen, astabilen oder monostabilen Tunneldioden-Paarschaltungen Anwendung
finden. Besonders vorteilhaft hat sich in diesem Zusammenhang eine bistabile Schaltung
erwiesen, bei der die für den Umschaltvorgang maßgebende Induktivität in Serie zu
einem der beiden Lastwiderstände liegt.
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Im folgenden werden nun einige Ausfuhrungsbeispile der Erfindung anhand
der Figuren beschrieben.
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Figur 1 zeigt eine klassischa, asymmetrische Goto-Paar-Schaltung,
Figur 2 zeigt eine Goto-Paar-Schaltung mit parallelgeschalteten Lastwiderständen,
Figur 3 zeigt eine symmetrische Schaltung, die ansonsten der Schaltung in Figur
2 entspricht,
Figur 4 zeigt eine bistabile Tunneldioden-Paarschaltung,
Figur 5 zeigt eine abgewandelte bistabile Tunneldioden-Paarschaltung, Figur 6 zeigt
eine bistabile oder astabile Tunneldioden-Paarschaltung, Figur 7 zeigt den bistabilen
Bereich der Schaltung nach Figur 2 in Abhängigkeit von der Größe des Korrekturstromes
und der Betriebsspannung für unterschiedliche Parameter der Tunneldioden, Figur
8 zeigt den bistabilen Bereich der Schaltung nach Figur 2 in Abhängigkeit von der
Größe des Korrekturstromes und der Betriebsspannung für unterschiedliche Werte der
beiden Lastwiderstände.
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Die in Figur 1 dargestellte klassische Goto-Paar-Schaltung besteht
aus zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten Tunneldioden D1 und D2, die über einen
Serienwiderstand R5 an der Betriebsspannung-UB liegen. Der Verbindungspunkt der
beiden Dioden D1 und D2 ist mit einer eingeprägten Stromquelle I verbunden, die
so eingestellt werden kann, daß unterschiedliche Werte der Bergströme der beiden
Dioden D1 und D2 ausgeglichen werden.
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In Figur 2 ist eine zweite Tunneldioden-Paarschaltung angegeben, bei
der jedoch zwei Lastwiderstände R1 und R2 den Tunneldioden D1 und D2 parallelgeschaltet
sind.
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In den Figuren 7 und 8 sind die Bistabilitätsbereiche der in Figur
2 angegebenen Schaltung in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern dargestellt.
Im Falle der Darstellung in Figur 7 betragen die beiden Lastwiderstände R1 und R2
jeweils 25 Ohm. Den gleichen Wert hat der Serienwiderstand Rs. Der Bereich 1 zeigt
in dem Diagramm den bistabilen Bereich der Schaltung in Figur 2 für den Fall, daß
die Bergströme 1p1 und Ip2 der Dioden D1 und D2 gleich sind und je 10 r;Iilliampere
betragen in Abhängigkeit von dem
Korrekturstrom IK und der Betriebsspannung
UB. Der Bereich 2 zeigt den bistabilen Bereich für den Fall, daß der Bergstrom 1p1
der Diode D1 8 Nilliampere beträgt und der Bergstrom 1p2 der Diode D2 12 Nilliampere
beträgt, während der Bereich 3 den bistabilen Bereich für den Fall zeigt, daß der
Bergstrom Ip1 der Diode D1 12 Nilliampere und der Bergstrom Ip2 der Diode D2 8 Nilliampere
beträgt. Man erkennt aus der Darstellung in Figur 7, daß, wenn sowohl die Lastwiderstände
als auch die Kennlinien der Dioden D1 und D2 gleich sind, eine Einstellung des Korrekturstromes
auf IK = ° am günstigsten is-Q.
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Hier ist also ein Korrekturstrom überflüssig. Bei ungleichen Bergströmen
der Tunneldioden ergeben sich ganz andere Verhältnisse. So werden die Bereiche 2
und 3 von der Geraden IK = 0 nicht mehr geschnitten, so daß ein endlich großer Korrekturstrom
IK notwendig ist, um die Schaltung wieder bistabil zu machen. Beispielsweise ist
für den Bereich 2 ein Korrekturstrom von -2,5 Milliampere und für den Bereich 3
ein Korrekturstrom von +2,5 Milliampere optimal.
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In Figur 8 ist die Verschiebung der bistabilen Bereiche bei Variation
des Lastwiderstandes R1 dargestellt. Die Bergströme 1p1 und Ip2 der Dioden D1 und
D2 betragen hier jeweils 10 Milliampere. Der Serienwiderstand R5 und der Lastwiderstand
R2 beträgt je 25 Ohm. Der Lastwiderstand R1 beträgt, wie dargestellt, für den Bereich
1 25 Ohm, für den Bereich 2 37,5 Ohm und für den Bereich 3 50 Ohm. Auch hier läßt
sich nur durch den Korrekturstrom IK ein bistabiles Verhalten des Schaltkreises
in den Bereichen 2 und 3 herbeiführen. Diese Ungleichheit der Lastwiderstände kann
abgesehen von Exemplarstreuungen auch durch eine bestimmte Aufgabenstellung erzwungen
sein, die eine abweichende Dimensionierung der beiden Lastwiderstände R1 und R2
erzwingt, um eine gewünschte Funktion sicherzustellen.
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Figur 3 zeigt eine in allen wesentlichen Merkmalen mit Figur 2
übereinstimmende
Schaltung, die jedoch statt asymmetrisch symmetrisch ausgebildet ist und die daher
anstelle eines Serienwiderstandes R5 zwei Serienwiderstände R51 und R52 aufweist
und zwei Spannungsquellen :-U3 und UB Figur 4 zeigt eine bistabile Tunneldiodenpaarschaltung
mit einer zwischen den Verbindungspunkten der Dioden D1 und D2 und dem Verbindungspunkt
der beiden Lastwiderstände R1 und R2 geschalteten Induktivität L.
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Figur 5 zeigt eine abgewandelte bistabile Tunneldioden-Paarschaltung.
Die für den Umschaltvorgang maßgebende Induktivität L liegt hier in Reihe zu dem
Lastwiderstand R2. Die weitere Induktivität LS ergibt sich auf Grund der Streuinduktivität
der Beschaltung. CK ist eine Kopplungskapazität, über die ein Lastwiderstand RL
an die Schaltung angekoppelt ist.
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Der Korrekturstrom IK der Stromquelle I wird bei Exemplarstreuungen
der Dioden D1 und D2 oder Abweichungen der Widerstände R1 und R2 so eingestellt,
daß das erwünschte bistabile Verhalten erzielt wird. Es kann, abgesehen von Exemplarstreuungen,
erwünscht sein, die Widerstände R1 und R2 in Figur 5 unterschiedlich zu bemessen,
etwa um dadurch eine ganz bestimmte Form der positiven Schaltflanke (Nashornform)
zu erzielen. Dies gelingt beispielsweise dadurch, daß man R1 doppelt so groß macht
wie R2. Hier ist ein bistabiler Betrieb überhaupt nur mit Hilfe einer entsprechenden
Einstellung eines Korrekturstromes möglich.
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Die in Figur 5 dargestellte Schaltung ist bei Einstellung des Arbeitspunktes
bei kleinen Betriebsspannungen U3 in der Nähe des linken Randes des bistabilen Bereiches
und bei galvanischer Uberbrückung des Kondensators CKlastabil. Bei der vorliegenden
Dimensionierung läßt sich die Schaltung nach entsprechender Einstellung des Korrekturstromes
IK als 2 : 1 Frequenzteiler verwenden.
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Figur 6 zeigt eine @@ @@@@ Tunneldioden-Paarschaltung, die je nach
Wahl ihres Arbei@spunktes astabil oder bistabil arbeiten kann. Auch hier kann durch
eine entsprechende Einstellung des Korrekturstromes IK der Stromquelle I eine Streuung
der Parameter der Dioden D1 und D2 ausgeglichen werden.
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8 Figuren 5 Patentansprüche