DE1193543B - Bistabile Kippschaltung mit einer Tunneldiode - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Ο.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/18

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

R 34507 VIII a/21 al
21. Februar 1963
26. Mai 1965

Die Erfindung betrifft eine bistabile Kippschaltung mit einer Tunneldiode, deren Stromspannungskennlinie einen schmalen Stromhöcker mit einem Bereich positiven Widerstands und ein breites Stromtal mit einem Bereich positiven Widerstands aufweist, sowie mit einer angeschlossenen Verbraucherschaltung mit nichtlinearer Widerstandscharakteristik.

Es sind tunneldiodenbestückte bistabile Kippschaltungen bekannt, bei denen die als bistabiles Element wirkende Tunneldiode in der üblichen Weise so vorgespannt ist, daß ihre Stromspannungskennlinie den bekannten Verlauf mit einem verhältnismäßig schmalen Stromhöcker und einem verhältnismäßig breiten Stromtal im ersten Quadranten der Stromspannungscharakteristik ausweist, wobei als angeschaltete Last ein linearer ohmscher Widerstand dient, durch den der Tunneldiodenkennlinie eine Lastkennlinie überlagert wird, welche die Tunneldiodenkennlinie an drei Punkten, von denen einer auf dem negativen Widerstandsast und die beiden anderen auf den beiden positiven Widerstandsästen der Kennlinie liegen, schneidet. Die Schnittpunkte auf den beiden positiven Widerstandsästen ergeben je einen stabilen Arbeitspunkt für die Tunneldiode. Das Umschalten der Diode vom einen stabilen Arbeitspunkt in den anderen erfolgt durch Anlegen eines Stellimpulses bzw. eines Rückstellimpulses entsprechender Polarität.

Nun ist aber eine Tunneldiode für eine derartige gerade Lastkennlinie schwierig zu bauen und zu betreiben, da die Schaltungselemente, die Vorspannungen, die Stromwerte des Eingangssignals und die Größe der Belastung nur geringe Toleranzen aufweisen dürfen. Diese Toleranzen können größer sein, wenn man die Tunneldiode mit einem nichtlinearen Widerstand belastet.

Es sind zwar auch bistabile Kippschaltungen bekannt, bei denen durch Zusammenschalten zweier Tunneldioden der einen Tunneldiodenkennlinie eine zweite Tunneldiodenkennlinie überlagert wird, die ebenfalls drei Schnittpunkte mit der ersten Tunneldiodenkennlinie bildet. Jedoch handelt es sich hierbei um eine Anordnung, die mit Majoritätsentscheidung arbeitet und bei der die Kennlinie der zweiten Diode nicht eine Lastkennlinie für das Schalten der ersten Diode zwischen den beiden stabilen Zuständen bildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine tunneldiodenbestückte bistabile Kippschaltung zu schaffen, bei der durch Verwendung eines Elementes mit nichtlinearer, fallender Widerstandscharakteristik in der Verbraucherschaltung die eingangs erwähnten Bistabile Kippschaltung mit einer Tunneldiode

Anmelder:

Radio Corporation of America,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,

München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:
Michael Cooperman,
Haddonfield, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 2. März 1962 (177 002)

Nachteile bezüglich der Toleranzen behoben sind und andererseits für das Vorschalten und das Rückschalten der Tunneldiode nur ein verhältnismäßig schwacher, und zwar jeweils etwa gleich starker Stromimpuls benötigt wird, zum Unterschied von der eingangs erwähnten bekannten Anordnung, bei der für das Rückschalten ein erheblich stärkerer, d. h. in geeigneter Weise vorverstärkter Stromimpuls erforderlich ist als beim Vorschalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Tunneldiode mit solchem Vorzeichen vorgespannt ist, daß in ihrer Stromspannungskennlinie der Höcker im Gebiet positiverer Spannungswerte liegt als das Tal, daß die Verbraucherschaltung mit der Tunneldiode über eine Tunnelgleichrichterschaltung gekoppelt ist, derart, daß die sich der Tunneldiodenkennlinie überlagernde Stromspannungs-Lastkennlinie einen Bereich niederen Stromes und hoher Impedanz und einen Bereich hohen Stromes und mittlerer Impedanz hat und daß die Tunneldiode und die Tunnelgleichrichterschaltung so vorgespannt sind, daß ein stabiler Arbeitspunkt an der Schnittstelle des positiven Widerstandsbereiches des Tals der Tunneldiodenkennlinie mit dem Bereich niederen Stromes und hoher Impedanz der Lastkennlinie und ein zweiter stabiler Arbeitspunkt an der Schnittstelle des positiven Widerstandsbereiches des Höckers der Tunneldiodenkennlinie mit dem Bereich

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hohen Stromes und mittlerer Impedanz der Lastkennlinie erzeugt werden.

Durch eine derartige gegenüber der bekannten Anordnung umgekehrte Polung der Tunneldiode sowie dadurch, daß die Lastkennlinie durch Zwischenschaltung einer Tunnelgleichrichteranordnung zwischen die Tunneldiode und den Verbraucher in bestimmter Weise als fallende Ccharakteristik gestaltet wird und daß durch entsprechendes Vorspannen der Tunneldiode und der Tunnelgleichrichteranordnung je ein stabiler Arbeitspunkt an den genannten Schnittstellen der Tunneldiodenkennlinie mit der Lastkennlinie erzeugt wird, erreicht man, daß der im dritten Quadranten des Stromspannungsdiagramms liegende Teil der Tunneldiodenkennlinie ausgenutzt und dieser ausgenutzte Kennlinienteil in ein entsprechend positiveres Spannungsgebiet, d. h. in den vierten Quadranten des Diagramms verschoben wird, wo die überlagerte Lastkennlinie eine Inversion der entsprechenden Kurve im ersten Quadranten bildet. Indem somit zum Unterschied von der bekannten Anordnung der Stromhöcker der Tunneldiodenkennlinie in ein positiveres Gebiet der Spannungsachse fällt als das Stromtal und die Lastkennlinie die erwähnte Form hat, ergeben sich für das Umschalten der Diode zwischen den beiden stabilen Zuständen die obengenannten günstigen Verhältnisse.

Die Vorspannung der Tunneldiode und der Tunnelgleichrichterschaltung kann mittels einer an die Tunneldiodenanode angeschlossenen Spannungsquelle und einer an den Verbindungspunkt der Tunneldiodenkathode und der Tunnelgleichrichterschaltung angeschlossenen Stromquelle erfolgen. Die gleiche Betriebsart kann jedoch auch dadurch erreicht werden, daß man an Stelle der Stromquelle eine zusätzliche Tunneldiode so anordnet, daß die sich aus der Addition der beiden Tunneldiodenkennlinien ergebende zusammengesetzte Kennlinie mit ihrem Tal über die Nullstromachse des Stromspannungsdiagramms hinwegreicht, während der Hocker unterhalb der Nullstromachse liegt. Dadurch wird nicht nur die verhältnismäßig kostspielige Stromquelle eingespart, sondern man kann durch geeignete Wahl der Kennlinien der beiden Tunneldioden sowie durch geeignete Bemessung der Vorspannung erreichen, daß die resultierende Kennlinie ein schmaleres Tal hat als die Kennlinien der beiden einzelnen Tunneldioden. Dadurch wird die Umschaltung zwischen den beiden stabilen Arbeitspunkten etwas leichter, so daß man die Amplitude des Stellimpulses entsprechend verkleinern kann.

In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine gemäß der Erfindung ausgeführte bistabile Schaltung, die an eine Mehrzahl von Verbrauchern angeschlossen ist,

F i g. 2 eine andere Ausführungsform der Erfindung, in welcher eine zusätzliche Tunneldiode die eine Stromquelle in F i g. 1 ersetzt,

Fig. 3 ein Stromspannungsdiagramm, das zur Erläuterung der Wirkungsweise bekannter Schaltungen benutzt werden wird,

F i g. 4 ein Stromspannungsdiagramm, das zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 1 benutzt werden wird, und

F i g. 5 ein Stromspannungsdiagramm, das zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 2 dienen soll.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung ist eine Einrichtung mit negativem Widerstand oder Tunneldiode 10, die eine Germaniumdiode sein kann und ein Strommaximum von 42 mA besitzt, für einen bistabilen Betrieb vorgespannt und belastet. Die Anode der Tunneldiode ist an die positive Klemme V₁ einer Spannungsquelle mit konstanter Spannung angeschlossen, die im vorliegenden Fall eine Spannung von 550 mV liefern kann. Die Kathode der Tunneldiode 10 ist an einen Schaltungspunkt 12 angeschlossen, welchem Strom von einer Quelle I₁ konstanten Stromes zugeführt wird. Dieser Strom kann im vorliegenden Fall 7 mA betragen. Von einer Klemme 14 aus gelangt ein positiver Einstellimpuls über einen Tunnelgleichrichter 16 an den Schaltungspunkt 12. Ein negativer Rückstellimpuls gelangt von einer Klemme 18 in der Sperrichtung über einen Tunnelgleichrichter 20 ebenfalls an den Schaltungspunkt 12.

Der Schaltungspunkt 12 ist weiterhin über eine Leitung 13 an drei Verbraucher 22, 23 und 24 angeschlossen, wobei in den Zuleitungen zu diesen Verbrauchern noch jeweils ein nichtlinearer Widerstand oder Tunnelgleichrichter 25, 26 und 27 und der Scheinwiderstand 28, 29 und 30 liegen. Die Scheinwiderstände 28, 29 und 30 haben je eine induktive Blindkomponente und eine Wirkkomponente. Gegebenenfalls können diese Scheinwiderstände für andere Ausführungsformen der Erfindung auch vorwiegend jeweils eine Wirkkomponente besitzen.

Die Verbraucher 22, 23 und 24 können monostabile Und-Gatter sein und alle gleich ausgebildet werden, wie es für den Verbraucher 24 in F i g. 1 dargestellt ist. Die monostabile Schaltung 24 enthält eine Tunneldiode 32, die von einer Stromquelle 33 vorgespannt wird. Ferner enthält die Schaltung 24 noch die positive Klemme 34 einer Spannungsquelle, die über einen Tunnelgleichrichter 35 und eine Spule 36 mit der Anode der Tunneldiode 32 verbunden ist.

Die monostabile Schaltung besitzt eine Impuls-Eingangsklemme 37, welche über einen Tunnelgleichrichter 38 und einen Scheinwiderstand 39 mit der Anode der Tunneldiode 32 verbunden ist. Die monostabile Schaltung 24 besitzt ferner eine Eingangsklemme 40, welcher die Ausgangsgröße der die Tunneldiode 10 enthaltenden bistabilen Schaltung zugeführt wird.

Der positive Einstellimpuls, welcher der Eingangsklemme 14 der bistabilen Schaltung zugeführt wird, kann von einer monostabilen Schaltung der im Verbraucher 24 enthaltenen Art geliefert werden. Der negative Rückstellimpuls, welcher der Klemme 18 zugeführt wird, kann aus einem positiven Impuls durch eine beliebige geeignete Umkehrstufe gewonnen werden.

Die Wirkungsweise des monostabilen Und-Gatters 24 soll nunmehr unter Bezugnahme auf Fig.3 erläutert werden. Die Stromspannungskennlinie der Tunneldiode 32 wird durch Kurve 42 in F i g. 3 veranschaulicht. Die nichtlineare Belastung, die an der Tunneldiode 32 liegt und aus den Schaltelementen 33 bis 36 besteht, wird durch die punktierte Kurve 44 dargestellt. Die Stromquelle 33 im Verbraucher 24 hat die Wirkung, die nichtlineare Belastungskennlinie 44 zu der Kennlinie 42 der Tunneldiode in eine solche Lage zu bringen, daß ein stabiler Arbeitspunkt 46 links vom Strommaximum der Kennlinie 42 erzeugt wird.

Beim Betrieb des monostabilen Und-Gatters 24 wird durch gleichzeitiges Auftreten eines Eingangsimpulses an der Klemme 37 und eines positiven Eingangsniveaus an der Eingangsklemme 40 der Arbeitspunkt 46 der Tunneldiode 32 über den Strommaxi- malwert hinweggehoben und gelangt auf den rechten Ast positiven Widerstandes der Kennlinie 42. Auf dieser läuft der Arbeitspunkt dann nach unten und kehrt somit wieder in die stabile Lage 46 zurück. Dieser Vorgang der monostabilen Tunneldiode 32 ¹^ hat einen positiven Ausgangsimpuls zur Folge, dessen Dauer vorwiegend durch die Spule 36 bestimmt wird. Wenn der Arbeitspunkt der Tunneldiode 32 sich bei 46 befindet, d. h. im Normalzustand der Tunneldiode 32, hat die Spannung + F₂ im *5 Schaltungspunkt 41 eine feste Größe, beispielsweise 7OmV. Diese Größe wird durch die Spannung im stabilen Arbeitspunkt 46 auf der Kennlinie 32 bestimmt.

Es soll nunmehr an Hand der F i g. 3 außer der vorstehenden Beschreibung der Wirkungsweise einer bekannten monostabilen Schaltung auch die Wirkungsweise einer bekannten bistabilen Tunneldiodenschaltung beschrieben werden. Eine bistabile Schaltung kann ebenso aufgebaut sein wie die bekannte Schaltung des Verbrauchers 24 in Fig. 1, jedoch muß die Spannung an der Klemme 34 geändert und so gewählt werden, daß die Tunneldiode entsprechend der Kennlinie 48 belastet wird. Die Schaltung besitzt dann einen ersten stabilen Arbeitspunkt bei 46 und einen weiteren stabilen Arbeitspunkt bei 50.

Eine derartige bekannte bistabile Schaltung hat also, wie gesagt, einen stabilen Arbeitspunkt 46 an der Schnittstelle des einem hohen Widerstand entsprechenden horizontalen Astes der Lastkennlinie 48 mit dem anfänglichen ansteigenden Ast der Kennlinie 42, die also links vom ersten Strommaximum einen positiven Widerstand bedeutet. Ein weiterer stabiler Arbeitspunkt 50 wird an der Schnittstelle der Lastkennlinie 48 mit dem positiven Ast der Kennlinie 42 rechts vom Stromminimum gebildet. Der Arbeitspunkt wird von der Lage 46 in die Lage 50 gebracht, indem man einen positiven Eingangssignalimpuls der Tunneldiode zuführt. Diese Überführung des Arbeitspunktes von der Lage 46 in die Lage 50 kann man als eine Anhebung der Kennlinie 48 über das Strommaximum der Kennlinie 42 hinaus auffassen. Vom Punkt 50 wird der Arbeitspunkt auf die Lage 46 dadurch zurückgesteuert, daß man einen negativen Impuls der Tunneldiode zuführt. Diesen letzteren Vorgang kann man als eine Absenkung der Kennlinie 48 bis auf einen solchen Punkt auffassen, bei welchem die Kennlinie 48 den positiven Ast rechts vom Stromminimum nicht mehr schneidet. Man sieht aus Fig. 3, daß ein verhältnismäßig kleiner positiver Eingangsimpuls erforderlich ist, um den Arbeitspunkt von der Stelle 46 aus zu verlagern, und daß ein verhältnismäßig großer negativer Impuls erforderlich ist, um von der Stelle 50 aus den Arbeitspunkt wieder auf die Stelle 46 zurück zu verlagern. Mit anderen Worten läßt sich also die Schaltung leichter in den Zustand 50 bringen, als von der Lage 50 aus wieder die Lage 46 des Arbeitspunktes zu erreichen.

Die bistabile Schaltung nach F i g. 1 weicht von der oben beschriebenen vorbekannten bistabilen Schaltung insofern ab, daß die Polarität der bistabilen Tunneldiode 10 die umgekehrte ist und daß eine zusätzliche positive Vorspannung konstanter Spannungsgröße mit einer Klemme + F mit der Anode der Tunneldiode 10 verbunden ist.

Die Stromspannungskennlinie an den beiden Klemmen einer nicht vorgespannten Tunneldiode wird üblicher Weise so dargestellt, wie es die Kurve 54 im Quadranten I in F i g. 4 zeigt. In dieser Stromspannungsdarstellung ist die positive Spannung in der Richtung der positiven *-Achse dargestellt und der positive Strom in der Richtung der positiven v-Achse. Wenn die Tunneldiode umgedreht wird, so daß sie die Durchlaßrichtung der Diode 10 in F i g. 1 besitzt, so entspricht ihre Kennlinie der Kennlinie 55 im Quadranten III. Die Wirkung der Spannung + F₁ an der Anode der Tunneldiode 10 besteht darin, daß die Kennlinie der Tunneldiode um den Betrag + V₁ nach rechts verschoben wird, so daß die Kennlinie dann im Quadranten IV liegt, wie es die Kurve 56 zeigt. Der Maximalstrom 76' und der Minimalstrom 70' der Kennlinie 54 im Quadranten I haben zu der Einführung der Ausdrücke »Maximum« und »Minimum« geführt, die auch für die Stromspannungskennlinie 56 im Quadranten IV beibehalten werden wird.

Einer der Tunnelgleichrichter 25, 26 oder 27 in F i g. 1 hat eine Zweipol-Kennlinie entsprechend der punktierten Kurve 58 in F i g. 4. Der im Quadranten I liegende Teil dieser Kennlinie 58 hat zusammen mit den Serienimpedanzen 28, 29 oder 30 eine Lage entsprechend der punktierten Kurve 59. Die Kennlinien aller drei parallelgeschalteten Tunnelgleichrichter 25, 26 und 27 zusammen mit den zugeordneten Impedanzen 28, 29 und 30 haben die punktierte Gesamtkennlinie 60. Da die Gleichrichter und Scheinwiderstände eine Belastung für die Tunneldiode 10 bilden, ist die Kennlinie 60 auch noch als umgekehrte Lastkennlinie 62 über der Kennlinie 56 der Tunneldiode 10 eingezeichnet. Die Lastkennlinie 62 stellt nicht nur eine Umkehrung der Kennlinie 60 dar, sondern es ist auch erstens ihr Anfangspunkt 0', um den Betrag + F₃ nach rechts verschoben, und zwar entsprechend der Spannung + F₂ zwischen den Eingangsklemmen 40 und den Schaltungspunkten 41 der monostabilen Schaltungen 22, 23 und 24 und es ist zweitens der Anfangspunkt 0' nach unten um den Betrag J₁ infolge der konstanten Stromquelle I₁ verlagert. Die Lastkennlinie 62 im Quadranten IV entspricht der tatsächlich an der Tunneldiode 10 liegenden Belastung.

Die Tunneldiodenkennlinie 56 und die Lastkennlinie 62 in Fig. 4 schneiden sich an zwei Stellen, welche beide stabilen Arbeitspunkten entsprechen, nämlich an den Stellen 64 und 66. Der Arbeitspunkt 64 liegt an der Schnittstelle des positiven Astes 68 links vom Stromminimum 70 der Kennlinie 56 mit dem Teil 72 der Lastkennlinie 62. Der Arbeitspunkt 66 liegt an der Schnittstelle des Astes 74 von positivem Widerstand mit dem Teil 78 der Lastkennlinie 62. Die Schnittstelle der Lastkennlinie 62 mit dem Ast negativen Widerstandes der Tunneldiodenkennlinie 56 bei 80 ist ein instabiler Arbeitspunkt, der bei der Betrachtung der Wirkungsweise der Schaltung außer acht gelassen werden kann.

Wenn ein positiver Eingangsimpuls der Einstellklemme 14 der Schaltung nach Fig. 1 zugeführt wird, so kann die Wirkung dieses Impulses als eine Aufwärtsbewegung der Lastkennlinie 62 bis zu einer solchen Stelle aufgefaßt werden, bei der kein Schnitt

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der Lastkennlinie 62 mit dem. positiven Ast 68 der Die Erfindung ermöglicht eine leichtere Rück-Tunneldiodenkennlinie 56 mehr besteht. Wenn dieser stellung, ohne daß eine Induktivität zur Begrenzung Zustand eintritt, wandert der Arbeitspunkt 64 schnell der Ableitung des Rückstellsignals an die Belastung nach rechts auf den Ast 74 der Kennlinie 56. An eingeschaltet werden muß, wie es bei einigen vor-

dieser Stelle 66 stabilisiert sich der Arbeitspunkt. 5 bekannten Schaltungen der Fall ist. Die Ersparung Wenn ein negativer Rückstellimpuls der Eingangs- dieser Induktivität verhindert die Signalverzögerung klemme 18 in F i g. 1 zugeführt wird, so kann man und erlaubt es mit der Ausgangsgröße der bistabilen

die Wirkung dieses negativen Impulses dahingehend Schaltung den Verbraucher innerhalb kürzerer Zeit

auffassen, daß die Lastkennlinie 62 nach abwärts umzuschalten, als es bei Verwendung einer Induk-

bewegt wird, bis kein, Schnitt der Kennlinie 62 mit io tivität möglich wäre. Die erfindungsgemäße Schal-

dem positiven Ast 74 der Kennlinie 56 mehr besteht. tung ist also in der Lage, schneller zu arbeiten.

Der Arbeitspunkt 66 verlagert sich dann schnell nach Ferner ist die bistabile Schaltung in der Lage, mit

links, bis wieder der positive Ast 68 der Kennlinie höherer Wiederholungsgeschwindigkeit bei gegebener

56 erreicht wird. Im Punkt 64 stabilisiert sich dann Amplitude des Rückstellimpulses zu arbeiten, da ein

der Arbeitspunkt, 15 geringerer Eingangsstrom zur Rückstellung der bi-

Da das Minimum 70 der Kennlinie 56 im Ver- stabilen Schaltung erforderlich ist und eine etwa vorgleich zum Strommaximum so breit ist, ist ein ver- handene Überschußamplitude eine Übersteuerung hältnismäßig großes Eingangssignal erforderlich, um zur Folge hat, welche die Rückstellung beschleunigt, eine Belastung über das Minimum 70 zu bewegen. Die Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 1 ist Durch die Erfindung wird die Gjröße des positiven 20 im vorstehenden an Hand der Tunneldiodenkennlinie Einstellimpulses (Stromimpulses) vermindert, der zur 56 und der Lastkennlinie 62 im Quadranten IV in Umschaltung des Arbeitspunktes erforderlich ist, da F i g. 4 erläutert worden. Die Wirkungsweise der nämlich die Lastkennlinie 62 einen sehr großen Schaltung kann jedoch auch unter Benutzung der Widerstand im Teil 72 hat, wo der Arbeitspunkt 64 Tunneldiodenkennlinie 54 und der Lastkennlinie 63 liegt. Dies bedeutet, daß der ganze positive Eingangs- as im Quadranten I in Fig. 4 erläutert werden. Der impuls, der dem.Schaltungspunkt 12 in Fig. 1 zu- Quadrant, in den die Kennlinien eingezeichnet wergeführt wird,; i& die Tunneldiode 10 hineinfließt und den, wird durch die Polaritäten der Ströme und Spanihre Umschalöiag _;bzw. Steuerung hervorruft. Prak- nungen in der Schaltung nach Fig. 1 bestimmt. Die tisch kein Eingangsimpuls kann über die Leitung 13 ausschlaggebende Überlegung ist dabei die gegenzur Belastung gelangen, da die Belastung einen sehr 3° seitige Beziehung der Tunneldiodenkennlinie und der hohen Scheinwiderstand darstellt. Der positive Ein- Lastkennlinie.

gangsimpuls kaum auch nicht in die StromquelleI₁ Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße bistabile

hineinfließen, da diese Stromquelle eine Stromquelle Schaltung, die von der Ausführungsform nach F i g. 1

konstanten Stromes ist. Die einen konstanten Strom insofern abweicht, als eine zusätzliche Tunneldiode

aufweisende Belastung im Arbeitspunkt 64 ver- 35 84 an Stelle der Stromquelle I₁ in F i g. 1 getreten

mindert den Eingangsstrom, der nötig ist, um den ist. Alle anderen Schaltelemente in Fig. 1 tragen

Arbeitspunkt über das breite Stromminimum70 der dieselben Bezugsziffern wie in Fig. 1, jedoch als ge-

Tunneldiodenkennlinie 56 hinweg zu verlagern. strichene Bezugszeichen. Die zusätzliche Tunnel-

Bei Rückstellung des Arbeitspunktes von der Lage diode 84 ist mit der Tunneldiode 10' so zusammen-

66 in die Lage. 64 gilt für den negativen Eingangs- 4° geschaltet, daß an dem Schaltungspunkt 12' eine zu-

impuls der Teil 78 der Lastkennlinie 62. Ein Teil der sammengesetzte Tunneldiodenkennlinie wirksam ist.

Energie dieses negativen Eingangsimpulses wird Um für die erfindungsgemäßen Zwecke geeignet zu

daher von der Tunneldiode 10 abgezweigt und ge- sein, kann die Tunneldiode 84 ein weniger hohes

langt über die Leitung 13 an die Belastung. Das Strommaximum haben als die Tunneldiode 10'. Die

schmale Strommaximum 76 der Kennlinie 56 läßt 45 Tunneldiode 84 kann ein Strommaximum von 10 mA

sich bei der'-Umschaltung der Tunneldiode vom und die Tunneldiode 10' kann ein Strommaximum

Punkt 66 über das Maximum 76 hinweg leicht über- von 35 mA besitzen,

winden. F i g. 5 ist ein Stromspannungsdiagramm mit der

Um die vorstehenden Erläuterungen zusammen- Kennlinie 86 der Tunneldiode 10' für die Schaltung

zufassen, sei gesagt, daß bei der erfindungsgemäßen 50 nach Fig. 2. Die Kennlinie86 liegt im QudrantenlV

Anordnung der Teil hohen Widerstandes der Last- und ihr Nullpunkt ist um den Betrag + F₃ gegen-

kennlinie dem breiten Minimum der Tunneldioden- über dem Ursprungspunkt des Koordinatensystems

kennlinie zugeordnet ist und daß der Teil der Last- verschoben. Die Spannung + F₅ kann beispielsweise

kennlinie, welcher einem Widerstand mittlerer Größe 50OmV betragen. Die zusätzliche Tunneldiode 84

entspricht, dem schmalen Strommaximum der Tun- 55 hat eine Kennlinie 88, die im Quadranten I liegt, da

neldiodenkennlinie zugeordnet ist. Daher brauchen die Kathode dieser Tunneldiode mit Erde verbunden

der positive Einstellimpuls und der negative Rück- ist. Die resultierende Kennlinie, welche durch die

Stellimpuls nur eine Amplitude von etwa 10 mA zu beiden Tunneldioden 10' und 84 zwischen dem

besitzen, wenn die Schaltelemente diejenigen Größen Schaltungspunkt 12' und Erde erzeugt wird, wird durch

haben, die in Fig. 1 der Zeichnung eingetragen wor- 60 die Kurve90 in Fig.5 dargestellt. Die resultierende

den sind. Dies steht im Gegensatz zu den vorbekann- Kennlinie 90 wird durch Addition der Kennlinie 86

ten Schaltungen, bei denen ein Rückstellstrom von und 88 in der Stromrichtung gewonnen, da die beiden

30 mA oder mehr benötigt wird. Durch die Erfin- Tunneldioden parallel zueinander zwischen dem

dung werden die Eigenschaften der Tunneldiode und Schaltungspunkt 12' und Erde liegen. Die resultie-

der Belastung komplementär benutzt, um die An- 65 rende Kennlinie 90 hat ein Stromminimum 91,

forderungen an die Stromstärke des Einstellimpulses welches sich über den Nullpunkt der Stromachse im

und des Rückstellimpulses zu verkleinern und zu Stromspannungsdiagramm hinweg erstreckt und hat

vergleichmäßigen. ein Strommaximum 92 unterhalb der Nullstromachse

(horizontale Achse in Fig. 5). Da das Stromminimum 91 gegenüber der Nullstromachse verschoben wird, wird die gewünschte Beziehung (gegenseitige Lage) zwischen der Tunneldiodenkennlinie 90 und der Lastkennlinie 93 ohne die Benutzung einer Stromquelle, welche der Stromquelle I_x in F i g. 1 entsprechen würde, erreicht. Die Lastkennlinie 93 ist mit ihrem Anfangspunkt 0' um die Spannung + V₂ nach rechts verschoben, da diese Spannung an den Eingangsklemmen 40' in den monostabilen Und-Gattern 22', 23' und 24' liegt. Die Belastung kann so gewählt werden, daß sie eine Kennlinie 93 erhält, die von der Lastkennlinie 62 in F i g. 4 etwas abweicht.

In F i g. 5 liegt der stabile Arbeitspunkt 94 an der Schnittstelle des an das Stromminimum 91 angrenzenden Astes positiven Widerstandes der Tunneldiodenkennlinie 90 mit dem einem hohen Widerstand entsprechenden Teil 95 der Lastkennlinie 93. Der Arbeitspunkt 96 liegt an der Schnittstelle des dem Strommaximum 92 benachbarten Astes positiven Widerstandes der resultierenden Kennlinie 90 der Tunneldioden mit dem Ast, der einem Widerstand von mittlerer Größe entspricht, der Lastkennlinie 93. Die Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 2 ist dieselbe wie diejenige der Schaltung nach Fig. 1. Die Schaltung nach F i g. 2 hat den zusätzlichen Vorteil, daß die zusätzliche Tunneldiode 84 bequemer, stabiler und billiger ist als die Stromquelle I₁. Die Schaltung nach F i g. 2 ist ferner insofern vorteilhaft, weil durch geeignete Wahl der Kennlinie der beiden Tunneldioden 10' und 84 und der Vorspannung + V₃ das Stromminimum 91 der resultierenden Kennlinie 90 schmaler gemacht werden kann als das Stromminimum jeder einzelnen Tunneldiode. Dadurch wird die Umschaltung vom Arbeitspunkt 94 auf den Arbeitspunkt 96 etwas leichter, so daß die Amplitude des Einstellimpulses verkleinert werden kann.

Durch die Erfindung wird somit eine verbesserte Tunneldiodenschaltung vorgeschlagen, in welcher die Kennlinie der bistabilen Tunneldiode der nichtlinearen Kennlinie ihrer Belastung so angepaßt ist, daß die Kennlinien sich gegenseitig in demjenigen Sinne ergänzen, daß die Anforderungen an den Strom des Einstellimpulses und des Rückstellimpulses weniger streng werden und besser gleichmäßig werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Bistabile Kippschaltung mit einer Tunneldiode, deren Stromspannungskennlinie einen schmalen Stromhöcker mit einem Bereich positiven Widerstands und ein breites Stromtal mit einem Bereich positiven Widerstands aufweist, sowie mit einer angeschlossenen Verbraucherschaltung mit nichtlinearer Widerstandscharakteteristik, dadurch gekennzeichnet, daß die Tunneldiode mit solchem Vorzeichen vorgespannt ist, daß in ihrer Stromspannungskennlinie der Hocker im Gebiet positiverer Spannungswerte liegt als das Tal, daß die Verbraucherschaltung mit der Tunneldiode über eine Tunnelgleichrichterschaltung gekoppelt ist, derart, daß die sich der Tunneldiodenkennlinie überlagernde Stromspannungs-Lastkennlinie einen Bereich niederen Stromes und hoher Impedanz und einen Bereich hohen Stromes und mittlerer Impedanz hat, und daß die Tunneldiode und die Tunnelgleichrichterschaltung so vorgespannt sind, daß ein stabiler Arbeitspunkt an der Schnittstelle des positiven Widerstandsbereiches des Tals der Tunneldiodenkennlinie mit dem Bereich niederen Stromes und hoher Impedanz der Lastkennlinie und ein zweiter stabiler Arbeitspunkt an der Schnittstelle des positiven Widerstandsbereiches des Höckers der Tunneldiodenkennlinie mit dem Bereich hohen Stromes und mittlerer Impedanz der Lastkennlinie erzeugt werden.

2. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Tunneldiode und der Tunnelgleichrichteranordnung mittels einer an die Tunneldiodenanode angeschlossenen Spannungsquelle und einer an den Verbindungspunkt der Tunneldiodenkathode und der Tunnelgleichrichteranordnung angeschlossenen Stromquelle erfolgt (Fig.l).

3. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromquelle eine zweite Tunneldiode dient, die so mit der ersten Tunneldiode zusammengeschaltet ist, daß die sich aus der Addition der beiden Tunneldiodenkennlinien ergebende zusammengesetzte Tunneldiodenkennlinie mit ihrem Tal über die Nullstromachse des Stromspannungssdiagramms hinwegreicht, während der Hocker unterhalb der Nullstromachse liegt (Fig. 2).

4. Bistabile Kippschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die' zweite Tunneldiode in ihrer Stromspannungskennlinie einen weniger hohen Hocker hat als die erste Tunneldiode.

5. Bistabile Kippschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Verbraucherschaltung aus mehreren Tunneldiodenstufen, insbesondere monostabilen Und-Gattern mit normalerweise auf festem Spannungspegel gehaltener Eingangsklemme besteht, dadurch gekennzeichnet, daß jede Tunneldiodenstufe der Verbraucherschaltung jeweils über ein Impedanzelement mit je einem Tunnelgleichrichter der Tunnelgleichrichteranordnung gekoppelt ist, wobei sämtliche Tunnelgleichrichter mit ihren Kathoden an den Verbindungspunkt der Kathode der bistabilen Tunneldiode und der vorspannenden Stromquelle angeschlossen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
IRE Transactions on electronic Computers, September 1960, S. 296.

Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg mit ausgelegt worden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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