DE862474C - Kippschwingungserzeuger - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBENAM 12. JANUAR 1953

R 2oo6VIIIc12ig

Kipps chwingungs erzeuger

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungserzeuger oder eine ähnliche Vorrichtung, die einen Kondensator enthält, sowie auf Vorrichtungen, um diesen Kondensator mit einer bestimmten Geschwindigkeit aufzuladen, wobei der Schwingungserzeuger eine Drei-Elektroden-Halbleitervorrichtung enthält und Impulse oder Sägezähne liefert*.

Der Drei-Elektroden-Halbleiter ist eine neue Entwicklung auf dem Gebiet der elektronischen Verstärker. Diese Vorrichtung ist gegenwärtig unter dem Namen Transistor bekannt. Die bekannten Verstärker dieser Art enthalten ein Stück eines halbleitenden Materials, z. B. Silicium oder Germanium, welches auf seiner einen Oberfläche mit zwei nahe benachbarten punktförmigen Elektroden versehen ist, die Sendeelektrode und Kollektorelektrode genannt werden, und mit einer dritten Elektrode, genannt Basiselektrode, die einen großflächigen Kontakt mit einer anderen Oberfläche des Halbleiters bildet. Der Eingangskreis des Verstärkers liegt zwischen der Sendeelektrode und der Basiselektrode, während der Ausgangskreis zwischen die Kollektorelektrode und die Basiselektrode geschaltet ist. Die dem Eingangs- und dem Ausgangskreis in dieser Schaltung gemeinsame Basiselektrode kann daher geerdet werden.

Man hat festgestellt, daß ein Drei-Elektroden-Halbleiter dieser Art unter bestimmten Bedingungen als ein negativer Widerstand arbeitet, so daß er also zur Verstärkung benutzt werden kann. Der

Atisgangsstrom kann also größer werden als der Eingangsstrom, wenn die der Vorrichtung zugeführten Arbeitsspannungen bestimmte Werte haben. Gemäß der Erfindung wird der negative Widerstand dieses Drei-Elektroden-Halbleiters dazu benutzt, einen Kippschwingungserzeuger herzustellen, : der keine äußere Rückkopplungsleitung zwischen seinen Ausgangs- und Eingangsklemmen benötigt.

ίο Der Hauptzweck der Erfindung ist also die Schaffung eines neuen Kippschwingungserzeugers, der Drei-Elektroden-Halbleitervorrichtungen enthält, die keine äußere Rückkopplungsleitung zwischen ihren Ausgangs- und Eingangsklemmen erfordern.

Weiterhin besteht ein Zweck der Erfindung darin, Kippschwingungserzeuger mit Transistoren herzustellen, die entweder selbstschwingend sein können oder auch für jede Schwingungsperiode einen Anregungsimpuls benötigen können. Welcher von diesen beiden Fällen eintritt, hängt von den zugeführten Vorspannungen ab. Außerdem kann sowohl beim Betrieb mit als ein kontinuierlicher, selbstschwingender als auch beim Betrieb mit durch Anregungsimpulse gesteuerter Schwingungserzeuger entweder ein Sägezahn oder eine rechteckige Ausgangsspannüng hergestellt werden.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, bei einem Kippschwingungserzeuger von dem einem Drei-Elektroden-Halbleiter eigentümlichen negativen Widerstand Gebrauch zu machen, wobei eine Stromverstärkung stattfindet, wenn die den drei Elektroden zugeführten Spannungen bestimmte Werte erreichen.

Ein Kippschwingungserzeuger enthält im allgemeinen eine zur Ladungsspeicherung dienende Vorrichtung, z.B. einen Kondensator, der mit einer bestimmten langsamen Geschwindigkeit aus einer Spannungsquelle über einen Widerstand aufgeladen wird. Der Kondensator wird dann plötzlich über eine geeignete Vorrichtung wieder entladen, so daß an ihm eine Sägezahnkurve entsteht. Gemäß der Erfindung soll der Kondensator periodisch und schnell mit Hilfe eines Drei-Elektroden-Halbleiters entladen werden, der eine Basiselektrode von verhältnismäßig großer Kontaktfläche und eine Sende- und eine Kollektorelektrode von verhältnismäßig kleiner Kontaktfläche besitzt. Der Kondensator wird mit einem Scheinwiderstandselement, z. B. mit einem Ohmschen Widerstand zwischen der Basiselektrode und der Kollektorelektrode in Reihe geschaltet. Zwischen der Basiselektrode und der Sendeelektrode wird dann eine bestimmte Vorspannung angelegt. Hat diese eine solche Größe und Polarität, daß zwischen der Basiselektrode und der Sendeelektrode Strom fließen kann, so ist die Schaltung selbstschwingend. Der Kondensator wird bei ihr, wenn er auf eine bestimmte kritische Spannung aufgeladen ist, über die Elektroden des Halbleiters plötzlich entladen, worauf die nächste Periode des Vorgangs beginnt.

Wenn jedoch die Spannung zwischen der Basiselektrode und der Sendeelektrode unter demjenigen Wert liegt, der für den Stromeinsatz zwischen diesen Elektroden nötig ist, muß der Schwingungserzeuger angestoßen werden. Diese Anregungsimpulse können entweder der Sendeelektrode bei festem Basiselektrodenpotential zugeführt werden oder auch mit umgekehrter Polarität der Basiselektrode bei festem Sendeelektrodenpotential. Die Impulse werden dann einen starken Strom zwischen der Sendeelektrode und der Basiselektrode hervorrufen, so daß der Drei-Elektroden-Halbleiter als Stromverstärker arbeitet und sein verstärkter Ausgangsstrom zur Entladung' des Kondensators, der vorher aufgeladen worden ist, dient. Der Kippschwingungserzeuger nach der Erfindung kann auch als Frequenzteiler benutzt werden.

Fig. ι ist ein Schaltbild eines, bekannten Drei-Elektroden-Halbleiterverstärkers ;

Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung eines selbstsohwingenden Kippscliwingungserzeugers gemäß der Erfindung;

Fig. 3 ist eine Kurvendarstellung bestimmter Spannungen, die zur Erläuterung der Schaltung nach Fig. 2 benutzt werden;

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild eines mit Anregungsimpülsen arbeitenden Kippschwingungserzeugers; In Fig. 5 sind bestimmte Spannungen zur Erläuterung der Schaltung nach Fig. 4 gezeigt;

Fig. 6 zeigt ein Schaltbild eines abgeänderten und auf Anregungsimpulse ansprechenden Schwingungserzeugers und

Fig. 7 Kurven zur Veranschaulichung von Spannungen, die bei der Schaltung nach Fig. 6 auftreten.

In Fig. ι ist eine bekannte Drei-Elektroden-Halbleitervorrichtung in einer Schaltung als Verstärker dargestellt. Dieser Verstärker besteht aus einem Stück 1 eines halbleitenden Materials, z. B. aiue Germanium oder Silicium, mit einer kleinen, aber ausreichenden Anzahl atomarer Verunreinigungen oder Fehlstellen im Kristallgitter, d. h. einem Material, das bei Kristallgleichrichtern die besten Ergebnisse geliefert hat. Vorzugsweise soll der Halbleiter aus Germanium bestehen und, wie weiter unten erläutert, so behandelt werden, daß er ein elektronischer Halbleiter vom N-Typus wird. Die Oberfläche des Halbleiterstücks 1 kann in be- kannter Weise poliert und geätzt werden. Man kann auch ein Stück Germanium aus einem kommerziellen Germaniumgleichrichter hoher Sperrspannung als Halbleiter 1 verwenden, z. B. aus einem Gleichrichter von der Type 1 N 34. Dann ist keine weitere Oberflächenbehandlung mehr notwendig. Der Halbleiter 1 ist mit drei Elektroden versehen, nämlich mit der. Sendeelektrode 2, der Kollektorelektrode 3 und der Basiselektrode 4, wie in Fig. ι angedeutet. Die Sendeelektrode 2 und die Kollektorelektrode 3 können punktförmige Kontakte besitzen und beispielsweise aus Wolframoder. Phosphorbronzedrähten bestehen, die einen Durchmesser von zwei tausenstel Zoll besitzen. Die Sende- und die Kollektorelektrode 2 und 3 werden gewöhnlich nahe beieinander angebracht und können einen Abstand von zwei bis zehn tausendstel

Zoll besitzen. Die Basiselektrode 4 bildet einen großflächigen Kontakt geringen Widerstandes mit dem Halbleitermaterial.

Zwischen der Sendeelektrode und der Basiselektrode 4 befindet sich eine geeignete Spannungsquelle, z. B. die Batterie 5, von solcher Polarität, daß zwischen diesen beiden Elektroden Strom fließen kann. Wenn also der Halbleiter vom N-Typus ist, muß die Sendeelektrode 2 positives Potential gegenüber der Basiselektrode 4 erhalten, wie eingezeichnet. Zwischen der Kollektorelektrode 3 und der Basiselektrode liegt eine weitere Spannung, z. B. die Batterie 6, von solcher Polarität, daß zwischen diesen beiden Elektroden praktisch kein Strom übergehen kann. Bei einem Halbleiter vom N-Typus muß also die Elektrode 3 negativ gegenüber der Elektrode 4 sein. Das Eingangssignal wird bei 8 in die Zuleitung zur Sendeelektrode eingeschaltet, .d. h. die Eingangssignalquelle liegt

zwischen der Sendeelektrode 2 und der Basiselektrode. Die Ausgangsbelastung Ri, die durch einen Widerstand 10 dargestellt ist, liegt zwischen der Kollektorelektrode 3 und der Basiselektrode in Reihe mit der Batterie 6. Das Ausgangssignal wird am Widerstand 10 über die Ausgangsklemmen 11 abgenommen.

Ein selbstschwingender Kippschwingungserzeuger gemäß der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Der" Schwingungserzeuger enthält einen Energiespeicher,

z. B. einen Kondensator 12, der aus einer geeigneten Spannungsquelle, z. B. der Batterie 13, verhältnismäßig langsam aufgeladen wird, wobei der Strom über den Widerstand 14 verläuft. Der Batterie 13 kann ein Kondensator 15 für die Wechselströme der Schwingungsfrequenz parallel geschaltet sein.

Der Kondensator 12 wird periodisch schnell über den Drei-Elektroden-Halbleiter, bestehend aus dem Halbleitermaterial 1, der Sendeelektrode 2, der Kollektorelektrode 3 und der Basiselektrode 4 entladen. Die Basiselektrode 4 ist an Erde, d. h. an einen Punkt festen Potentials über ein Scheinwiderstandselement, wie den Widerstand 16 angeschlossen. Der Kondensator 12 liegt zwischen der geerdeten Klemme des Widerstandes 16 und der Kollektorelektrode 3. Die Batterie 13 liegt zwischen der Basiselektrode 4 und der Kollektoreiektrode mit einer derartigen Polarität, daß zwischen der Basis- und der Kollektoreiektrode so gut wie kein Strom übertreten kann. Wenn der Halbleiter 1 aus einem Germaniumkristall besteht, der ein Halbleiter vom N-Typus ist und eine Oberflächenschicht vom P-Typus besitzt, muß die Kollektoreiektrode 3, wie in Fig. 2 eingezeichnet, ein negatives Potential gegenüber der Basiselektrode 4 erhalten. Der Kondensator 12 wird daher über die Batterie 13 langsam geladen, so daß das Kollektor-Elektrodenpotential gegenüber Erde zunehmend negativ wird. Eine weitere Spannungsquelle, wie die Batterie !

18, liegt zwischen der Sendeelektrode 2 und der Basiselektrode 4. Das Potentiometer 20 überbrückt die Batterie 8. Ein zwischen seinen beiden Endklemmen liegender Punkt ist, wie dargestellt, geerdet und ein verschiebbarer Kontakt 21 über den Widerstand 22 mit der Sendeelektrode2 verbunden. Der Batterie 18 kann für Ströme der Schwingungsfrequenz ein Kondensator 23 parallel geschaltet werden, der zwischen dem Kontakt 21 und Erde liegt. Durch Verschiebung des Kontaktes 21 kann die an der Sendeelektrode liegende Spannung eingestellt werden. Einen selbstschwingenden Oszillator erhält man bei dieser Schaltung dann, wenn die Spannung zwischen der Sendeelektrode und der Basiselektrode mit einem solchen Vorzeichen gewählt wird, daß zwischen diesen beiden Elektroden ein Strom übertritt.

Die Wirkungsweise des Schwingungserzeugers nach Fig. 2 kann auch an den Kurven in Fig. 3 erklärt werden. Die Kurve 25 zeigt den Verlauf der Kollektorelektrodenspannung e_c, die auf der Ordinate aufgetragen ist, in Abhängigkeit von der auf der Abszisse aufgetragenen Zeit. Die Kurve 26 zeigt den Verlauf der Spannung e_b an der Basiselektrode, während die Kurve 27 den Spannungsverlauf e_e an der Sendeelektrode angibt, und zwar beide wieder in Abhängigkeit von der Zeit. Es sei angenommen, daß die Kapazität 12 gerade entladen worden sei und daß sie sich aus der Batterie 13 über den Widerstand 14 nunmehr langsam auflädt. Die klassische Stromrichtung ist durch Pfeile 30 und 31 angegeben, dementsprechend nimmt die Spannung e_c, d. h. die Spannung am Kondensator 12, langsam in negativer Richtung zu, wie durch den . Kurventeil 32 der Kurve 25 gezeigt ist. Während dieser Zeit fließt ein kleiner Strombetrag durch den Halbleiter 1. Der Sendeelektrodenstrom I_e, der Kollektorelektrodenstrom /,, sowie der Basiselektrodenstrom I_b und ihre klassischen Stromrichtungen sind in Fig. 2 angegeben. Der durch den Halbleiter 1 fließende Strom ist verhältnismäßig klein, da die Kollektoreiektrode 3 nicht genügend negativ ist, um alle virtuellen positiven Ladungen, die von der Sendeelektrode 2 herrühren, zu binden. Der Basiselektrodenstrom I_bl der während dieser Zeit fließt, macht die Basiselektrode 4 schwach negativ, wie es durch die Kurve 26 angedeutet ist. Gleichzeitig befindet sich die Sendeelektrode 2 auf einem schwach positiven Potential gegenüber Erde, das durch die Batterie 18 geliefert wird, wie es die Kurve 27 erkennen läßt.

Schließlich nimmt der Kondensator 12 und demgemäß auch die Kollektoreiektrode 3 ein solches negatives Potential gegenüber Erde an, daß der Drei-Elektroden-Halbleiter beginnt, sich wie ein negativer Widerstand zu verhalten. Der Kollektorelektrodenstrom I_c ist dann erheblich größer als der Sendeelektrodenstrom /₍,, so daß eine Stromverstärkung stattfindet. Es ist zu beachten, daß der Drei-Elektroden-Halbleiter auch als Spannungsverstärker betrieben werden kann, selbst wenn keine Stromverstärkung stattfindet, nämlich dann, wenn der Eingangswiderstand kleiner als der Ausgangswiderstand ist.

Sobald die Spannungen an den drei Elektroden 2, 3 und 4 eine solche Größe haben, daß die dynamische Charakteristik für die Sendeelektroden-

Spannung über dem Basisstrom eine negative Steilheit aufweist, wird der Kondensator 12 plötzlich entladen. Der Basiselektrodenstrom I_b beginnt also anzusteigen, so daß die Spannung der Basiselektrode negativer wird. Daher nimmt auch die Spannung zwischen der Sendeelektrode und der Basiselektrode zu, so daß wieder mehr Basisstrom fließen kann. Der Widerstand 16 bewirkt also eine positive Rückkopplung, sobald die Stromverstärkung den Wert 1 übersehreitet. Wegen des größeren Stromes, der jetzt durch den Widerstand 16 fließt, nimmt die Spannung der Basiselektrode plötzlich ab, wie es die Kurve 26 erkennen läßt. Gleichzeitig wird durch den großen Sendeelektrodenstrom im Widerstand 22 die Sendeelektrodenspannung nach Kurve 27 plötzlich in negativer Richtung abgesenkt» Dies führt dazu, daß der KollektOrelefctrodenstrom I₀ in den Kondensator hineinfließt und ihn somit plötzlich entlädt. Die Spannung an der Kollektorelektrode 3 nimmt also ebenso plötzlich in positiver Richtung zu, was dem Teil 33 der Kurve 25 entspricht. Diese verhältnismäßig starken Ströme fließen, bis der Kondensator Ί2 entladen ist.

Die Betrachtung der Fig. 3 läßt also erkennen, daß eine Sägezahnspannung gemäß Kurve 25 an den Ausgangsklemmen des Kondensators 12 erscheint. An den Ausgangsklemmen 36, d. h. am Widerstand r6, können Rechteekimpulse 26 von negativer Polarität abgegriffen werden. Andere negative Rechteckimpulse, die in der Kurve I¹J enthalten sind, können an den Klemmen 37 zwischen der Sendeelektrode und Erde, d. h. am Widerstand 22, abgegriffen werden. Die Wiederholungsgeschwindigkeit der Impulse 26,27 oder der Sägezahn- welle 25 ist im wesentlichen durch die Kapazität des Kondensators 12 und die Größe des Widerstandes 14 bestimmt. Die Breite der Impulse 26 oder 27 hängt praktisch von der Kapazität des Kondensators 12 und von der Größe der Widerständeiö und 22 ab. Die Geschwindigkeit, mit welcher der Kondensator 12 geladen wird, bestimmt den Zeitpunkt, in welchem der Kondensator die Ehtladungsspannung erreicht, d. h. bestimmt die Frequenz der Sägezahnkurve 25 oder der Impulse 26 oder 27. Die Impulsbreite wird andererseits durch die Geschwindigkeit der plötzlichen Kondensatorentladung über die Widerstände 16 und 22 bestimmt und durch den negativen Widerstand, den der Drei-Elektroden-Halbleiter darstellt.

Der Widerstand 22 ist für den Betrieb des Schwingungserzeugers nach Fig. 2 nicht unbedingt notwendig und kann 'daher fortgelassen werden. Er ist jedoch nützlich, um den Sendeelektradenstrom/g zu begrenzen und, wie oben erläutert, die Impulsbreite einzustellen. Außerdem hat er eine gewisse degenerative Wirkung, da er nämlich den Entladestrom des Kondensators 12 begrenzt.

Der Parallelkondensator 15 kann beispielsweise eine Kapazität von 1 Mikrofarad haben und der Nebenschlußkondensator 23 beispielsweise 4Mikrofarad. Den Kondensator 12 kann man zu 0,002 Mikrofarad wählen. Der Widerstand 14 kann 15000 Ohm und die Widerstände 16 und 22 können 2700 und 48 Ohm betragen. Bei dieser Wahl der Schaltelemente ergibt sich für die Impulse 26 und 2."] sowie die Sägezahnkurve 25 eine Frequenz von 50 kHz. Diese Frequenz ist etwas höher als man nach der Zeitkonstante des Kondensators 12 und des Widerstandes 14 erwarten würde, woraus zu erkennen ist, daß der Kondensator 12 schön wieder entladen wird, bevor er vollständig aufgeladen ist. Die Breite der Impulse 26 und 27 beträgt bei der genannten Bemessung der Schaltelemente 3,5 Mikrosekunden. Diese Impulsbreite ist etwas kleiner, als sie' sich bei Betrachtung lediglich der Werte des Kondensators 12 und; des Widerstandes 16 ergeben würde, . der Widerstand 212 ist vernachlässigbar. Dieser Effekt war jedoch zu erwarten, da ein Teil des Entladungsstrams von derKöllektorelektrode zu der Sendeelektrode und über den Widerstand 22 nach Erde fließt. Auf der Grundlage der beobachteten Impulsbreite kann man berechnen, daß der Widerstand 22 in Reihe mit dem inneren Widerstand zwischen Kollektor- und Sendeelektrode einen negativen Widerstand von ungefähr 1000 Ohm ergibt.

Man kann auch den Kippschwingungserzeuger so betreiben, daß er keine freien Schwingungen ausführt, sondern durch Impulse angestoßen werden muß. Ein in diesem Sinn durch Impulse gesteuerter Kippschwingungsgenerator ist in Fig. 4 dargestellt. Die Schaltung unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 2 hauptsächlich deshalb, weil der verstellbare Kontakt 21 in einer solchen Lage steht, daß die Sendeelektrode 2 über den Widerstand 22 negativ wird. Wie weiter unten erläutert, treten dann ohne Anregungsimpulse keine freien Schwingungen auf. Zur Steuerung des Schwingungserzeugers dienen die vom Impulsgenerator 39 gelieferten Impulse 38. Diese Impulse 38 haben 100. positive Polarität. Die Ausgangsklemme 40 des Impulsgenerators 39 ist mit der Sendeelektrode 2 über einen Kopplungskondensator 42 und einen Widerstand 43 verbunden. Die Widerstände 43 und 22 arbeiten daher als Spannungsteiler für die Steuerimpulse. Die Ausgangsklemme 41 des Impulsgeneraitors ist geerdet, was z. B. durch Anschluß an einen Punkt des Spannungsteilers 20 zwischen seinen beiden Endklemmen geschehen kann. no

Der gesteuerte Kippschwingungserzeuger soll in seiner Wirkungsweise an Hand der Fig. 5 erläutert werden. In dieser bedeutet die Kurve 44 den zeitlichen Verlauf der Kollektorelektrodenspannung. Wenn der Kondensator 12 entladen worden ist, wird er von der Batterie 13 über den Widerstand 14 auf ein negatives, durch den Teil 45 der Kurve 44 angedeutetes Potential aufgeladen. Wenn jedoch die Spannung am Kondensator 12,. d. h. die Kollektorelektrodenspannung, stärker^negativ wird, kann der Kondensator nicht entladen werden. Dies ist damit zu erklären, daß die Sendeelektrode 2 ein negatives.Potential besitzt, wie es durch den Teil 36 der Kurve 47 in Fig. 5, welche die Sendeelektrodenspannung e_e angibt, angedeutet wurde. Daher kann die Sendeelektrode keine virtuellen

positiven Ladungen abgeben, die für die Funktion des Drei-Elektroden-Halbleiters wesentlich sind.

Wenn jedoch ein Steuerimpuls 38 von positiver Polarität der Sendeelektrode 2 zugeführt wird, so steigt deren Potential nach dem ansteigenden Ast 48 der Kurve 46 an. Hierdurch wird ein Stromfluß zwischen der Sendeelektrode 2 und der Kollektorelektrode 3 hervorgerufen.. Gleichzeitig steigt auch der durch den Widerstand 16 fließende Basiselektrodenstrom an. Der Drei-Elektroden-Halbleiter arbeitet nun als negativer Widerstand in demjenigen Sinn, daß der Kondensator 12 plötzlich entladen wird, wie es der Ast 50 der Kurve 44 angibt. Bei Beendigung eines Steuerimpulses 38 geht das Sendeelektrodenpotential gemäß dem Ast 51 der Kurve 47 auf einen negativeren Wert zurück, als es oben durch die Entladung des Kondensators 12 der Fall war. Der Verlauf der Basiselektrodenspannung e_b, der durch die Kurve 52 wiedergegeben wird, wird normalerweise gegenüber Erde schwach negativ, während der Kondensator 12 aufgeladen wird. Wenn der Kondensator 12 auf die beschriebene Weise plötzlich entladen wird, fließt ein starker Basiselektrodenstrom, so daß die Basiselektrodenspannung, wie durch den Ast 53 der Kurve 52 gezeigt, negativer wird. Der Kondensator 12 kann gemäß Fig. 5 nach Beendigung des Steuerimpulses 38 über den Widerstand 16 in der Bas'iszuleitung weiter entladen werden.

Die Wiederholungsgeschwindigkeit der Ausgangsimpulse 52 und der Sägezahnkurve 44 wird durch die Frequenz der Steuerimpulse 38 bestimmt. Die Breite der Impulse 53 hängt von der Kapazität des Kondensators 12 und der Größe der Widerstände 16 und 22 ab.

Die Schaltung nach Fig. 4 kann folgendermaßen bemessen werden:

Widerstand 43 480 Ohm

Widerstand 22 48 Ohm

Widerstand r6 2700 Ohm

Widerstand 14 4700 Ohm

. Kondensator 12 0,002 Mikrofarad

Kondensator 15 1 Mikrofarad

Kondensator 23 4 Mikrofarad

Batterie 13 45 Volt

Bei dieser Bemessung der Schaltelemente beträgt die Kollektorelektrodenvorspannung E₀ = ■—10 Volt und die Sendeelektroden vorspannung.Bg= —¹I,aVolt.

Der durchschnittliche Kollektorelektrodenstrom I_c beträgt 0,76 Milliampere, und der durchschnittliche Sendeelektrodenstrom I_e ist 0,04 Milliampere. Die Spitzenspannung der Impulse 53 ist von der Größenordnung 0,5 Volt und diejenige der Sägezahnspannung 44 ist 3,6 Volt. Die Impulse 52 besitzen eine Breite von 3,5 Mikrosekunden. Bei einer Breite der Steuerimpulse 38 von 1 Mikrosekunde ließ sich ein stabiler Betrieb erreichen. Der selbstschwingende Kippschwingungserzeuger nach Fig. 2 kann auch synchronisiert werden. Zu diesem Zweck läßt sich die Schaltung nach Fig. 4 benutzen, wenn der Schiebekontakt 21 so eingestellt wird, daß die Sendeelektrode 2 eine positive Vorspannung erhält. Der Generator ist dann selbstschwingend und kann durch Impulse 38 synchronisiert werden, sofern diese Impulse immer kurz vor dem Zeitpunkt auftreten, in dem ein Schwingungserzeuger mit der Entladung des Kondensators 12 beginnen würde.

Es wurde gefunden, daß der Schwingungserzeuger nach Fig. 2 eine Frequenz über 150 kHz besitzt. Er kann jedoch auch ohne weiteres mit kleineren Frequenzen schwingen. Man konnte außerdem beobachten, daß manchmal eine kleine Verzögerung von ungefähr 1 Viertelmikrosekunde zwischen der Vorderflanke eines Impulses 38 und dem Beginn der Entladung des Kondensators 12 auftraten. Dies ist wahrscheinlich auf die Laufzeit der elektrischen Ladungen in einem Drei-Elektror den-Halbleiter zurückzuführen.

Der gesteuerte Kippschwingungserzeuger nach Fig. 4 kann auch als Frequenzteiler betrieben werden. Ein Impuls.von der Phasenlage des Impulses 55 in Fig. 5 kann keine Entladung des Kondensators 12 hervorbringen. Dies ist damit zu erklären, daß in diesem Zeitpunkt die Kollektorelektrodenspannung gemäß dem Kurventeil 45 zu klein ist, um eine Stromverstärkung hervorzurufen. Sobald jedoch die Kollektorelektrodenspannung genügend negativ wird, kann durch einen Steuerimpuls die Entladung des Kondensators 12 eingeleitet werden. Bei einer geeigneten Wahl der Schaltelemente in Fig. 4 erhält man also einen Frequenzteiler. Wenn man daher die Frequenz der Synchronisierimpulse durch einen Faktor η zu teilen wünscht, muß jeder M-te Impuls eintreffen, wenn der Kondensator 12 genügend geladen ist. In derselben Weise läßt sich die Schaltung nach Fig. 2 als Frequenzteiler betreiben, wenn die freie Schwingungsfrequenz ein Bruchteil der Steuerimpulsfrequenz ist. Ist beispielsweise die Steuerimpulsfrequenz dreimal höher als die freie Schwingungsfrequenz, so ist dieser Betrieb möglich. Die Schaltung nach Fig. 4 kann auch als ein durch Steuerimpulse gesteuertes Relais dienen. Dieses wird auf den ersten Steuerimpuls ansprechen, jedoch auf die darauffolgenden innerhalb eines gewissen Zeitintervalls eintreffenden Impulse nicht mehr reagieren, bis die Schaltung dann wieder für Steuerimpulse empfindlich wird.

Man kann auch einen mit Impulsen gesteuerten Kippschwingungserzeuger nach Fig. 6 herstellen, bei dem negative Steuerimpulse der Basiselektrode 4 zugeführt werden müssen. Die negativen Impulse 60 werden von einem Generator geliefert, dessen Ausgangsklemmen am Widerstand 16 liegen. Die Schaltung nach Fig. 6 arbeitet praktisch in derselben Weise wie die nach Fig. 4. Aus den obengenannten Erläuterungen ergibt sich bereits, daß eine Verminderung der Basiselektrodenspannung gleichbedeutend mit einem Anwachsen der Sendeelektrodenspannung ist.

Eine Sägezahnspannung, die in Fig. 7 mit 62 bezeichnet ist, kann an den Ausgangsklemmen 35 des Kondensators 12 abgenommen werden. Von den Klemmen 37 am Widerstand 22 läßt sich die in

Fig. 7 mit 63 bezeichnete Impulsspannung abgreifen. Der Spannungsverlauf an der Basiselek-' trode ist durch die Kurve 64 dargestellt.

Die vorliegende Beschreibung bezieht sich also auf einen Kippschwingungserzeuger unter B nutzung eines Drei-Elektroden-Halbleiters. Der Schwingungserzeuger kann entweder selbstschwingend sein oder er kann synchronisiert werden oder schließlich auch angestoßen, (gesteuert) werden.

Außerdem können Sägezahnspannungen oder impulsf örmige Spannungen an ihm abgegriffen werden. Auch als Frequenzteiler läßt er sich benutzen, wobei dann entweder eine selbstschwingende Schaltung verwendet werden kann oder eine mit Spannungsstößen gespeiste, d. h. angestoßene (gesteuerte) Schaltung. Der Schwingungserzeuger läßt sich einfach dadurch vom frei schwingenden Betriebszustand in den durch Anregungsimpulse gesteuerten Betriebszustand umstellen, daß die Vorspannung

ao an einer seiner Elektroden geändert wird.

Claims (15)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schwingungserzeuger, od. dgl., enthaltend einen Speicherkondensator¹ und Einrichtungen zur Aufladung desselben mit bestimmter Geschwindigkeit, gekennzeichnet durch einen an sich bekannten Halbleiter (1) mit einer Basiselektrode (4) von verhältnismäßig großer Kontaktfläche und zwei weitere Elektroden (2, 3) von verhältnismäßig kleiner Kontaktfläche, über welche der Kondensator (12) wieder entladen - wird, wobei der Kondensator in einem. Stromzweig zwischen der Basiselektrode und der einen, nämlich der Elektrode (3), der zusätzlichen Elektroden liegt.

2. Schwingungserzeuger od. dgl. nach Ansprach i, gekennzeichnet durch einen Rückkopplungswider stand (16) in der Verbindungs-. leitung zwischen der Basiselektrode (4) und dem Kondensator (12).

3. Schwingungserzeuger od. dgl. nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufladung des Kondensators (12) eine Spannungsquelle (13) und einen Widerstand (14) zur Einstellung der Höhe des Ladestroms in, Reihenschaltung enthält und an den Kondensator zur verhältnismäßig langsamen . Aufladung desselben angeschlossen ist.

4. Schwingunigserzeuger od. dgl. nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspannungsquelle (18)" die andere der zusätzlichen Elektroden, nämlich die Elektrode (2), und die Basiselektrode (4) im Sinn eines Stromdurchlasses vorspannt und daß der Halbleiter (1) und die Schaltelemente des betreffenden Stromzweigs so bemessen sind, daß sich der Kondensator plötzlich entladen kann und Schwingungen erzeugt werden.

5. Schwingungserzeuger od. dgl. nach An^ Spruch 4, gekennzeichnet durch einen weiteren Widerstand (22), der an die Elektrode (2) der beiden zusätzlichen Elektroden (2, 3) angeschlossen ist, wobei die Vorspannungsquelle (18) zwischen diesem weiteren Widerstand und dem Rückkopplungswiderstand (16) liegt.

6. Schwingungserzeuger od. dgl. nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß. die Vorspannungsquelle (18) die andere Elektrode (2) der beiden zusätzlichen Elektroden (2, 3) und die Basiselektrode (4) derart gegeneinander vorspannt,* daß der Strom, welcher während der Aufladung des Kondensators (12) durch den Rückkopplungswiderstand (16) fließt, die an den beiden Elektroden (2, 4) liegende Spannung beeinflußt, bis die Kennlinie des Halbleiters (1) sich geändert hat, worauf der Kondensator sich plötzlich entlädt.

7.' Schwingungserzeuger od. dgl. nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch Ausgangsklemmen (35) am Kondensator (12) und/oder Ausgangsklemmen (36) am Rückkopplungswiderstand (16).

8. Schwingungserzeuger od. dgl. nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Ausgangsklemmen (35) am Kondensator (12).

9. Schwingungserzeuger od. dgl. nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Ausgangsklemmen (37) an dem weiteren Widerstand (22) zur Gewinnung von Ausgangsimpulsen.

10. Schwingungserzeuger od. dgl. nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (13) so geschaltet ist, daß sie die Basiselektrode (4) und die eine Elektrode (3) der beiden zusätzlichen Elektroden (2,3) im Sinn einer Sperrung des Stromdurchgangs während der Aufladung des Kondensators (12) gegeneinander vorspannt; daß die eine Klemme des Kondensators an die erwähnte Elektrode

(3) der beiden zusätzlichen Elektroden und an ioo den zur Stromeinstellung dienenden Widerstand (14) angeschlossen ist; daß die andere Klemme des Kondensators an die Spannungsquelle (1.3) angeschlossen ist und eine Vorspannungsquedle (18) die. andere Elektrode (2) . der beiden zusätzlichen Elektroden sowie die Basiselektrode (4) im Sinn einer.Sperrung des Stromdurchgangs gegeneinander vorspannt; und weiterhin gekennzeichnet durch Einrichtungen (39 oder 61) zum Zweck der Zuführung periodisch wiederkehrender Signale an den Halbleiter (1), um diesem zwischen seiner Basiselektrode (4) und der zuletzt erwähnten anderen Elektrode (2) eine solche Signalspannung zuzuführen, daß zwischen- ihnen ein Stromübertritt stattfindet und der vorher aufgeladene Kondensator sich wieder entlädt.

11. Schwingungserzeuger od. dgl. nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die periodisch wiederkehrenden Signale einem iao .weiteren Widerstand (22) zugeführt werden, daß dieser weitere Widerstand an die andere Elektrode (2) angeschlossen ist und daß die Vorspannungsquelle (18) zwischen dem weiteren Widerstand und dem Rückkopplungswiderstand (16) liegt.

12. Schwingungserzeuger od. dgl. nach Anspruch ίο, dadurch gekennzeichnet, daß die periodisch wiederkehrenden Signale dem Rückkopplungswiderstand (16) zugeführt werden.

13. Schwingungserzeuger od. dgl. nach einem der Ansprüche 2 bis 7 und 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände Ohmsche Widerstände sind.

14. Schwingungserzeuger od. dgl. nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiederholungsfrequenz der periodisch wiederkehrenden Signale höher ist als die Aufladefrequenz des Kondensators (12), so daß der Kondensator sich nach seiner Aufladung auf eine bestimmte Spannung nur beim Eintreffen eines Impulses entlädt.

15. Schwingungserzeuger od. dgl. nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Ausgangsklemmen (35) am Kondensator (12) zur Gewinnung einer Sägezahnspannung von tieferer Grundfrequenz als derjenigen der periodisch wiederkehrenden Signale, so daß der Schwingungserzeuger als Frequenzteiler betrieben werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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