DE2228984C3

DE2228984C3 - Schaltungsanordnung mit zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten Tunneldioden

Info

Publication number: DE2228984C3
Application number: DE19722228984
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl.-Phys. 8000 Muenchen Druegh
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-06-14
Filing date: 1972-06-14
Publication date: 1979-02-22
Also published as: DE2228984A1; DE2228984B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten Tunneldioden und ggf. den Dioden parallel geschalteten Lastwiderständen. Tunneldioden weisen in ihrer Stromspannunskennlinie 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 aufbauen. Besondere Bedeutung haben Schaltungen erlangt die zwei gleichsinnig in Reihe geschaltete Tunneldioden aufweisen. Solche Schaltungen werden als Goto-Paar-Schaltungen bezeichnet. Sie sind zum Beispiel beschrieben in »The Radio and Electronic Engineer« März 1969, Seiten 169 bis 178.

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.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bei der erfindungsgemäß die Gipfelströme der beiden Tunneldioden und/oder die Widerstandswerte der Lastwiderstände voneinander abweichen und mit dem Verbindungspunkt der beiden Dioden eine Korrekturgleichstromquelle

verbunden ist

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 de" Korrekturstroni so eingestellt werden, daß trotz Exemplarstreuungen Bistabilität gewährleistet ist

Zweckmäßigerweise wird als Korrekturstromgleichquelle eine Quelle eines eingeprägten Gleichstromes (Konstantstromquelle) verwendet In der Praxis hat sich ein Korrekturstrom in der Größenanordnung von etwa

0 bis 10 Milliampere, vorzugsweise 2 bis 5 Milliampere, is als geeignet erwiesen, wenn die beiden Tunneldioden einen Gipfelstrom von etwa 10 Milliampere haben.

Die Erfindung kann im Prinzip bei allen Goto-Paar-Schaltungen und sonstigen bistabilen, astabilen oder monostabilen Tunneidioden-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 Im folgenden werden nun einige Ausführungsbeispie-Ie der Erfindung an Hand der Figuren beschrieben.

F i g. 1 zeigt eine klassische, asymmetrische Goto-Paar-Schaltung,

F i g. 2 zeigt eine Goto-Paar-Schaltung mit parallelgeschalteten Lastwiderständen,

F i g. 3 zeigt eine symmetrische Schaltung, die ansonsten der Schaltung in F i g. 2 entspricht

Fig.4 zeigt eine bistabile Tunneldioden-Paarschaltung,

F i g. 5 zeigt eine abgewandelte bistabile Tunneldioden-Paarschaltung,

F i g. 6 zeigt eine bistabile oder astabile Tunneldioden- Paarschaltung,

F i g. 7 zeigt den bistabilen Bereich der Schaltung nach Fig.2 in Abhängigkeit von der Größe des Korrektursirornes und der Betriebsspannung für unterschiedliche Parameter der Tunneldioden,

Fig.8 zeigt den bistabilen Bereich der Schaltung nach Fig.2 in Abhängigkeit von der Größe des Korrekturstromes und der Betriebsspannung für unterschiedliche Werte der beiden Lastwiderstände.

Die in F i g. 1 dargestellte klassische Goto-Paar-Schaltung besteht aus zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten Tunneldioden D₁ und D₂, die über einen Serienwiderstand Rs an der Betriebsspannung- Ub liegen. Der Verbindungspunkt der beiden Dioden A und D₂ ist mit einer eingeprägten Stromquelle I verbunden, die so eingestellt werden kann, daß unterschiedliche Werte der Bergströme der beiden Dioden D\ und D₂ ausgeglichen werden.

In F i g. 2 ist eine zweite Tunneldioden-Paarschaltung angegeben, bei der jedoch zwei Lastwiderstände R\ und Ri den Tunneldioden D\ und D₂ parallelgeschaltet sind.

In den F i g. 7 und 8 sind die Bistabilitätsbereiche der in F i g. 2 angegebenen Schaltung in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern dargestellt Im Falle der Darstellung in Fig.7 betragen die beiden Lastwiderstände R\ und Ri jeweils 25 Ohm. Den gleichen Wert hat der Serienwiderstand Ri. Der Bereich

1 zeigt in dem Diagramm den bistabilen Bereich der Schaltung in F i g. 2 für den Fall, daß die Bergströme \_p ι und Ip 2 der Dioden D\ und Dz gleich sind und je φ Milliampere betragen in Abhängigkeit von dem Korrekturstrom I* und der Betriebsspannung Ub- Der

Bereich 2 zeigt den bistabilen Bereich für den Fall, daß der Gipfelstrom \_p ι der Diode D\ 8 Milliampere beträgt und der Gipelstrom l_p2 der Diode D₁ 12 Milliampere beträgt, während der Bereich 3 den bistabilen Bereich für den Fail zeigt, da3 der Gipfelstrom l_p, der Diode A 12 Milliampere und der Gipfelstrom \_p2 der Diode D₂ 8 Milliampere beträgt Man erkennt aiii, der Darstellung in Fig.7, daß, wenn sowohl die Lastwiderstände als auch die Kennlinien der Dioden D\ und D₂ gleich sind, eine Einstellung des Korrekturstromes auf Ik = O am günstigsten ist Hier ist also ein Korrekturstrom überflüssig. Bei ungleichen Gipfelströmen der Tunneldioden ergeben sich ganz andere Verhaltnisse. So werden die Bereiche 2 und 3 von der Geraden I χ = O nicht mehr geschnitten, so daß ein endlich großer Korrekturstrom I* notwendig ist, um die Schaltung wieder bistabil zu machen. Beispielsweise ist für den Bereich 2 ein Korrekturstrom von —2$ Milliampere und für den Bereich 3 ein Korrekturstrom von + 2,5 Milliampere optimal.

In F i g. 8 ist die Verschiebung der bistabilen Bereiche bei Variation des Lastwiderstandes R\ dargestellt Die Gipfelströme l_p t und l_p 2 der Dioden Di und D₂ betragen hier jeweils 10 Milliampere. Der Serienwiderstand Rs und der Lastwiderstand R₂ beträgt je 25 Ohm. Der 2s Lastwiderstand R\ 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 R\ und R₂ erzwingt, um eine gewünschte Funktion sicherzustellen.

F i g. 3 zeigt eine in allen wesentlichen Merkmalen mit Fig.2 übereinstimmende Schaltung, die jedoch statt asymmetrisch symmetrisch ausgebildet ist und die daher anstelle eines Sevienwiderstandes Rs zwei Serienwiderstände Rs t und Äs 2 aufweist und z-vei Spannungsquellen + Ub und — Ub.

Fig.4 zeigt eine bistabile Tunneldiodenpaarschaltung mit einer zwischen den Verbindungspunkten der Dioden D\ und D₂ und dem Verbindungspunkt der beiden Lastwiderstände R\ und A₂ geschalteter. Spule mit der Induktivität L

F i g. 5 zeigt eine abgewandelte bistabile Tunneldioden-Paarschaltung. Die für den Umschaltvorgang maßgebende Induktivität L liegt hier in Reihe zu dem Lastwiderstand A₂. Die weitere Induktivität L₅ ergibt sich auf Grund der Streuinduktivität der Beschattung. Ck ist eine Kopplungskapazität, über die ein Lastwiderstand Rl an die Schaltung angekoppelt ist Der Korrekturstrom I* der Stromquelle I wird bei Exemplarstreuungen der Dioden D\ und D₂ oder Abweichungen der Widerstände R\ und R₂ so eingestellt, daß das erwünschte bistabile Verhalten erzielt wird. Es kann, abgesehen von Exemplarstreuungen, erwünscht sein, die Widerstände Ri und R₂ in Fig.5 unterschiedlich zu bemessen, etwa um dadurch eine ganz bestimmte Form der posiüven Schaltflanke (Nashomform) zu erzielen. Dies gelingt beispielsweise dadurch, daß man R\ doppelt so groß macht wie R₂. Hier ist ein bistabiler Betrieb überhaupt nur mit Hilfe einer entsprechenden Einstellung eines Korrekturstromes möglich.

Die in F i g. 5 dargestellte Schaltung ist bei Einstellung des Arbeitspunktes bei kleinen Betriebsspannungen Ub in der Nähe des linken Randes des bistabilen Bereiches und bei galvanischer Überbrückung des Kondensators Ck astabil. Bei der vorliegenden Dimensionierung läßt sich die Schaltung nach entsprechender Einstellung des Korrekturstromes I*als 2 :1 Frequenzteiler verwenden.

Fig.6 zeigt eine weitere Tunneldioden-Paarschaltung, die je nach Wahl ihres Arbeitspunktes astabil oder bistabil arbeiten kann. Auch hier kann durch eine entsprechende Einstellung des Korrekturstromes \κ der Stromquelle I eine Streuung der Parameter der Dioden Di und D₂ ausgeglichen werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung mit zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten Tunneldioden und ggf. den Dioden parallel geschalteten Lastwiderständen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gipfelströme der beiden Tunneldioden und/oder die Widerstandswerte der Lastwiderstände voneinander abweichen und daß mit dem Verbindungspunkt der beiden Tunneldioden eine Korrekturgleichstromquelle verbunden ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Korrekturgleichstromquelle eine Konstantstromquelle verwendet wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturstrom in der Größenordnung der Gipfelströme oder eines Bruchteils der Gipfelströme der Tunneldioden liegt

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung durch eine einem der Lastwiderstände in Serie geschaltete Spule zu einem Flip-Flop ergänzt ist

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verwendung als Frequenzteiler der Arbeitspunkt (Ub, Ik) in der Nähe des linken Randes des bistabilen Bereiches eingestellt ist