DE1241870B - Monostabiler Impulsgenerator mit einer Esaki-Diode - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/02

Nummer: 1 241 870

Aktenzeichen: N 21620 VIII a/21 al

Anmeldetag: 24. Mai 1962

Auslegetag: 8. Juni 1967

Die Erfindung bezieht sich auf einen monostabilen Impulsgenerator mit einer Esaki-Diode, mit einer Laufzeitkette und mit einem an eine Stromquelle anzuschließenden Ladewiderstand.

Bei einem bekannten Impulsgenerator dieser Art arbeitet die Esaki-Diode auf einem nichtstabilen Arbeitspunkt ihrer Kennlinie. Der Generator erzeugt fortlaufend Rechteckimpulse, ohne von einem äußeren Auslöseimpuls angestoßen zu werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Esaki-Diode auf einem stabilen Arbeitspunkt zu betreiben, und zwar so, daß der Generator nur dann Impulse abgibt, wenn er durch einen äußeren Auslöseimpuls angestoßen wird. Ferner soll der Generator den Auslöseimpuls, mit dem er angestoßen wird, hinsichtlich seiner zeitlichen Länge quantisieren, also eine Anzahl von Impulsen abgeben, die mit der zeitlichen Länge des Auslöseimpulses im Zusammenhang steht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Impulsgenerator dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeitkette kurzgeschlossen und eingangsseitig mit einem Widerstand abgeschlossen ist, der in Reihe mit der Esaki-Diode über den Ladewiderstand an die Stromquelle angeschlossen ist, wobei der Ladewiderstand derart bemessen ist, daß er die Esaki-Diode auf einen stabilen Arbeitspunkt bringt und mit der vierfachen Durchlaufzeit der Laufzeitkette quantisierte Impulse durch einen an die Esaki-Diode angelegten Auslöseimpuls zu erzeugen sind.

Der Ladewiderstand (R) wird, um dieser Regel zu genügen, so bestimmt, daß die Summe aus ihm und dem Innenwiderstand der Stromquelle (also der Lastwiderstand) die Esaki-Diode in einen stabilen Arbeitspunkt bei der vorgegebenen Spannung der Stromquelle bringt. In anderen Worten: Der Ladewiderstand wird so bestimmt, daß in einem Strom-Spannungs-Diagramm der Kreuzungspunkt der Lastwiderstandslinie, die die Summe aus dem Ladewiderstand und dem Innenwiderstand der Stromquelle repräsentiert, mit der Strom-Spannungs-Charakteristik der Esaki-Diode stets links von dem Maximum der Strom-Spannungs-Charakteristik der Esaki-Diode liegt.

Wenn der Lastwiderstand, der durch den Ladewiderstand und den Innenwiderstand der Stromquelle bestimmt ist, die Esaki-Diode auf einen instabilen Arbeitspünkt bringt, so gerät die Schaltung ins Schwingen und erzeugt diejenige Anzahl von Ausgangsimpulsen, die der Länge eines Auslöseimpulses entspricht, und zwar quantisiert mit der vierfachen Durchlaufzeit der Laufzeitkette. Wird die Esaki-Diode in einen bistabilen Arbeitszustand gebracht, so Monostabiler Impulsgenerator
mit einer Esaki-Diode

Anmelder: . · ' r

Nippon Telegraph ^:

and Telephone Public Corporation, Tokio

Vertreter: ...

Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dr.-Ing. A. Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann

und Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke, Patentanwälte,

München 27, Möhlstr. 22 ..

Als Erfinder benannt:

Shigeharu Yamada, Kaoru Yamanaka,

Iin-ichi Nagumo, Tokio .

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 25. Mai 1961 (18 068),
vom 8. Juni 1961 (19 877),
vom 14. Juni 1961 (20 743),
vom 27. Juni 1961 (22 411)

bleibt die Schaltung in einem stabilen Zustand, bis sie in ihren anderen stabilen¹ Zustand durch den Auslöseimpuls übergeführt wird, wobei dann die genannte Quantisierung der Länge des Auslöseimpulses erfolgt. ^:

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Figuren.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer Schaltung eines Impulsgenerators nach dem Grundprinzip der Erfindung;

F i g. 2 zeigt eine Strom-Spannüngs-Charakteristik zur Erläuterung des Arbeitspririzips des Impulsgenerators nach Fig. 1;

Fig. 3 zeigt einen Auslöseimpuls und einen Ausgangsspannungsverlauf, wie er durch die Schaltung nach F i g. 1 zu erhalten ist;

F i g. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen der zeitlichen Breite eines Auslöseimpulses und der erhaltenen Impulsanzahl;

709 589/317

I 241 870

F i g. 5 A zeigt ein Beispiel für die Auslegung der Bauelemente der Schaltung nach Fig. 1;

F i g. 5 B dient der Erläuterung des Arbeitsbereichs der Schaltung;

F i g. 6 A und 6 B zeigen verschiedene Schaltungen zur Speisung des Impulsgenerators nach Fig. 1 mit Auslöseimpulsen;

F i g. 7 gibt eine Erläuterung des Verlaufes von Arbeitsspannungen in einem erfindungsgemäßen Impulsgenerator.

F i g. 1 zeigt den Prinzipaufbau eines Impulsgenerators nach der Erfindung. Er ist aufgebaut aus einer Esaki-Diode 1, einer Laufzeitkette 2, einer Stromquelle 3, einem Eingangsanschluß 4 für Auslöseimpulse, einem Ladewiderstand JR und einem Abschlußwiderstand r.

Ist die Strom-Spannungs-Charakteristik der Esaki-Diode 1 so, wie durch die Kurve A in F i g. 2 dargestellt und ist die Lastwiderstandslinie der Schaltung die gerade Linie B in F i g. 2, so ist die Schaltung normalerweise im Punkt (α) stabil.

Wird an den Anschluß 4 ein Auslöseimpuls gegeben, so überläuft der Arbeitspunkt das Maximum der Strom-Spannungs-Charakteristik A und gelangt in den Bereich negativen Widerstands. Es verschiebt sich dann die gerade Lastwiderstandslinie B und geht etwa in die gestrichelt gezeichnete Linie C über. Die Charakteristikkurve A geht zugleich in die Kurve (2) über und daher wird die Schaltung beim Punkt (b) stabilisiert.

Auf Grund der Stromdifferenz zwischen den Stabilisierungspunkten (α) und (Jb) fällt das elektrische Potential am Punkt P in F i g. 1 ab.

Diese Potentialänderung wird auf die Laufzeitkette^ übertragen. Ist die Laufzeit in der Laufzeitkette durch τ gegeben, so bleibt das Potential während der Hin- und Herlaufzeit 2 τ konstant. Nach 2 τ steigt das Potential am Punkt P an, und die Charakteristikkurve (2) nähert sich der Kurve (1). Wenn ihr Schnittpunkt mit der geraden Linie C das Tal durchlaufen hat, tritt er wieder in den Bereich des negativen Widerstandes ein. Der elektrische Strom steigt dann an, und das Potential des Punktes P wird positiv. Wird das Potential am Punkt P positiv, geht die Charakteristikkurve in die Kurve (3) über. Liegt der Auslöseimpuls noch vor, so ist der Schnittpunkt (α') der Kurve (3) mit der geraden Linie C ein Stabilisierungspunkt, und die Spannung an der Esaki-Diode fällt ab.

Dies währt bis zur Zeitt = 4τ. Dann fällt das Potential auf Null, und daher kehrt der Arbeitspunkt von (α') nach (α) zurück.

Liegt kein Auslöseimpuls am Anschluß 4, so überläuft der Arbeitspunkt das Maximum der Kurve A in Fig. 2 nicht, sondern wird am Punkt (α) stabilisiert.

F i g. 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Auslöseimpuls und dem Potential am PunktF in Fig. 1. A bezeichnet den Potentialverlauf am Punkt P, B bezeichnet den Auslöseimpuls. Ist der Auslöseimpuls langer als 4r, so wird der oben beschriebene Vorgang wiederholt, und die Anzahl der Ausgangsimpulse entspricht der Länge des Auslöseimpulses.

In F i g. 4 ist auf der Abszisse die Länge des Auslöseimpulses in Einheiten von 4 τ abgetragen und auf der Ordinate die Anzahl der erzeugten positiven und negativen Ausgangsimpulspaare. Es ist ersichtlich, daß ein Auslöseimpuls, der eine Länge von weniger als 4 r hat, ein Ausgangsimpulspaar erzeugt und daß ein Auslöseimpuls, der eine Länge von mehr als 4 τ hat, aber von weniger als 8 r hat, zwei Ausgangsimpulspaare erzeugt usf.

Das Maximum der Charakteristik der Esaki-Diode liegt stabil und ist steilflankig. Der Quantisierungsvorgang läuft daher sehr stabil und die Übergangsgrenzen sind sehr exakt.

F i g. 5 A zeigt eine konkrete Ausführungsform einer Schaltung. Fig. 5 B erläutert den Arbeitsbereich

ίο dieser Schaltung. In Fig. 5A ist Rt ein stabiler Widerstand zur Einführung der Auslöseimpulse. Der Kennwert jedes Bauelementes ist jeweils neben das ihm zugehörige Bezugszeichen geschrieben. In Fig. 5B ist die Spannung der Auslöseimpulse längs der Ordinate und die ihnen zuzuordnende Gleichstromvorspannung der Esaki-Diode 1 längs der Abszisse dargestellt. Es ist ersichtlich, daß drei Arbeitsbereiche entstehen.

Aus F i g. 5 B ist ersichtlich, daß wegen der Strom-Spannungs-Charakteristik der Esaki-Diode und der Wahl des Ladewiderstandes R in der Schaltung nach Fig. 5A die Esaki-Diode auf einem astabilen Arbeitspunkt bei einer Spannung der Stromquelle von mehr als 2,5 V liegt. Diese Schaltung schwingt dann durch Selbsterregung und kann nicht mehr quantisieren. Bei sehr niedriger Spannung der Stromquelle verschiebt sich andererseits der Arbeitspunkt a in F i g. 2 so weit nach links, daß der Minimumpegel des Auslöseimpulses, der notwendig ist, um über das Maximum der Strom-Spannungs-Charakteristik der Esaki-Diode zu kommen, zu groß wird. Dieser Minimumpegel wird auch nicht kleiner, wenn die Schaltung in Betrieb ist. Daher wird die Schaltung nach der Erfindung in dem in Fig. 5B gestrichelt dargestellten Bereich betrieben.

Fig. 6A und 6B zeigen verschiedene Möglichkeiten zur Einspeisung eines Auslöseimpulses. Nach F i g. 6 A ist ein Auslöseimpulsgenerator 5 in Serie mit einer Gleichstromquelle geschaltet, die ihn vorspannt. Nach F i g. 6 B wird ein Auslöseimpuls einem Anschluß4 zwischen dem Widerstandr und der Esaki-Diode 1 zugeführt.

F i g. 7 erläutert den Spannungsverlauf in einem Impulsgenerator nach der Erfindung. In den Abschnitten A bis E sind die Zusammenhänge zwischen dem Spannungsverlauf des Auslöseimpulses (oben) und dem Spannungsverlauf im Punkt P (unten) dargestellt.

A stellt den Fall dar, daß die Impulslänge des Auslöseimpulses kleiner als 2 τ ist. In diesem Fall ist der Spannungsverlauf auf Grund der Laufzeit durch die Laufzeitkette der gleiche wie der Spannungsverlauf beim Quantisierungsvorgang.
B zeigt den Spannungsverlauf des Quantisierungs-Vorgangs in dem Fall, daß die Impulslänge des Auslöseimpulses zwischen 8 τ und 12 τ lang ist. Entsprechend F i g. 4 werden drei Paare positiver und negativer Impulse erzeugt.

C zeigt den Spannungsverlauf des Quantisierungs-Vorgangs in dem Fall, daß der Auslöseimpuls an den Anschluß F der Laufzeitkette 2 gelegt wird (wie in Fig. 6B).

D und E zeigen den Spannungsverlauf des Quantisierungsvorgangs in dem Fall, daß als Auslöseimpuls

eine sinusförmige Schwingung verwendet wird.

Werden Sinuswellen als Auslöseimpulse verwendet, so ergeben sich keine Ausgangsimpulse, solange die Momentanamplitude der Sinuswelle kleiner ist als

ί 241

der minimale Eingangspegel, der notwendig ist, um die erfindungsgemäße Schaltung zur Impulsabgabe auszulösen. Die Impulslänge eines äquivalenten rechteckigen Auslöseimpulses entspricht in diesem Fall der Länge der Sinuswelle, während der sie mit ihrer momentanen Amplitude den Minimum-Eingangspegel überschreitet.

F i g. 7, E zeigt die Erzeugung von zwei Ausgangsimpulspaaren pro Sinusperiode. F i g. 7, D zeigt hingegen die Erzeugung von nur einem Ausgangsimpulspaar pro Sinusperiode.

Claims (2)

1. Patentanspruch:

   Monostabiler Impulsgenerator mit einer Esaki-Diode, einer Laufzeitkette und mit einem an eine Stromquelle anzuschließenden Ladewiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeitkette (2) kurzgeschlossen und eingangsseitig mit einem Widerstand (r) abgeschlossen ist, der in Reihe mit der Esaki-Diode (1) über den Ladewiderstand (R) an die Stromquelle angeschlossen ist, wobei der Ladewiderstand (R) derart bemessen ist, daß er die Esaki-Diode auf einen stabilen Arbeitspunkt links von dem Maximum der Kennlinie bringt und mit der vierfachen Durchlaufzeit der Laufzeitkette quantisierte Impulse durch einen an die Esaki-Diode angelegten Auslöseimpuls zu erzeugen sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   IBM-Technical Disclosure Bulletin, Vol.
2. 2, Nr. 6, April 1960, S. 110.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   709 589/317 5. 67 © Bundesdruckerei Berlin