Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Schwingungen mit einer im Zenergebiet
betriebenen Halbleiterdiode Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur
Erzeugung von Schwingungen regelbarer Amplitude mit einer im Zenergebiet betriebenen
Halbleiterdiode, die innerhalb dieses Gebietes bei geringer Beleuchtung einen negativen
Kennlinienbereich aufweist und der ein Kondensator parallel geschaltet ist und die
über einen Widerstand mit einer Spannungsquelle in Reihe liegt.Circuit arrangement for generating vibrations with one in the Zener area
operated semiconductor diode The invention relates to a circuit arrangement for
Generation of oscillations of adjustable amplitude with one operated in the Zener area
Semiconductor diode, which has a negative within this area with low lighting
Has characteristic range and a capacitor is connected in parallel and the
is in series with a voltage source via a resistor.
Es ist eine Vielzahl von Schaltungen zur Schwingungserzeugung mit
Halbleitergeräten bereits bekannt, die im wesentlichen analog den bereits bekannten
Röhrenschaltungen aufgebaut sind und bei denen lediglich an Stelle von Trioden Transistoren
Verwendung finden. Unterschiede gegenüber den bereits bekannten Röhrenschaltungen
ergeben sich eigentlich nur dadurch, daß der Arbeitspunkt bei Verwendung von Transistoren
von den bei Röhren üblichen Arbeitspunkten abweicht. In Analogie zu den Röhren kann
die Basiselektrode eines Transistors als Gitter, der Emitter als Kathode und der
Kollektor als Anode bezeichnet werden. Eine gebräuchliche Schwingungsschaltung ist
z. B. die Meißner-Schaltung, bei der vom Ausgangskreis eine zusätzliche Spannung
dem Gitter induktiv, d. h. im Falle des Transistors der Basiselektrode zugeführt
wird.A large number of circuits for generating vibrations with semiconductor devices are already known, which are constructed essentially analogously to the already known tube circuits and in which transistors are used only instead of triodes. Differences compared to the already known tube circuits actually only result from the fact that the operating point when using transistors differs from the operating points customary for tubes. In analogy to the tubes, the base electrode of a transistor can be referred to as the grid, the emitter as the cathode and the collector as the anode. A common oscillation circuit is z. B. the Meißner circuit, in which an additional voltage from the output circuit inductively the grid, d. H. in the case of the transistor, the base electrode is supplied.
Eine weitere Möglichkeit, Spannung vom Aus-gang dem Eingangskreis
des Transistors zuzuführen, besteht darin, die Schwingkreisspule oder die Kapazität
des Schwingkreises im Ausgang anzuzapfen. Je nach der Art der Anzapfung,
d. h. ob indukti-ve oder kapazitive Anzapfung vorliegt, nennt man die Schaltung
Dreipunkt- oder Collpits-Schaltung. Schließlich ist es auch möglich, die zwischen
Basis und Kollektor bestehende Kapazität zur Rückkopplung auszunutzen; diese Rückkopplungskapazität
ist bei Transistoren im allgemeinen größer als bei Trioden, so daß es nicht immer
erforderlich ist, die Basis-Kollektor-Strecke durch eine zusätzliche Kapazität zu
überbrücken. Eine Oszillatorschaltung unter Ausnutzung der Gitter-Anoden- bzw. Basis-Kollektor-Kapazität
nennt man Huth-Kühn-Schaltung. Die oben angeführten Oszillatorschaltungen eignen
sich also, wie bereits ausgeführt, nicht nur für Röhren, sondern auch für Transistoren,
doch ist der Aufwand, vor allem an Bauelementen, noch relativ groß. Es ist auch
bekannt, daß in einem Halbleitergerät der Rückstrom in Sperrichtung durch die Beleuchtung
vergrößert wird; will man ihn für eine Verbesserung der elektrischen Eigenschaften
klein halten, so hat man bisher schon Abdeckungen vorgenommen. Eine vollständige
Abdeckung ist aber bisher noch cht vorgenommen worden, weil diese aus Isolationsgründen
bedeutend mehr Aufwand erfordert als eine Teilabdeckung (wenngleich der Aufwand,
absolut genommen, auch dann noch verhältnismäßig gering ist), zumal die Kristallode
zumeist unter einem Gerätechassis in eine größere Apparatur eingebaut wird, wo die
Lichtintensität ohnehin bereits sehr klein ist. All-
gemein werden daher die
restlich - en in die Kristallode einfallenden Lichtmengen als -vemachlässigbar
gering angesehen. Wie aber eine nähere Untersuchung gezeigt hat, liegt hierin ein
Vorurteil, wenn die Form der KennEnie der Kristallode eine besondere Rolle spielt.Another possibility of feeding voltage from the output to the input circuit of the transistor is to tap the resonant circuit coil or the capacitance of the resonant circuit in the output. Depending on the type of tap, i. H. whether inductive or capacitive tapping is present, the circuit is called a three-point or collpits circuit. Finally, it is also possible to use the capacitance that exists between the base and the collector for feedback; this feedback capacitance is generally greater in transistors than in triodes, so that it is not always necessary to bridge the base-collector path with an additional capacitance. An oscillator circuit using the grid-anode or base-collector capacitance is called a Huth-Kühn circuit. The above-mentioned oscillator circuits are therefore, as already stated, not only suitable for tubes but also for transistors, but the cost, especially in terms of components, is still relatively high. It is also known that in a semiconductor device, the reverse current is increased in the reverse direction by the lighting; if you want to keep it small in order to improve the electrical properties, covers have already been made. A complete cover has not yet been made, because this requires significantly more effort than a partial cover for insulation reasons (although the effort, taken in absolute terms, is still relatively low), especially since the crystallode is usually installed under a device chassis in a larger apparatus where the light intensity is already very low. General public, therefore, the remaining - s in the Kristallode incident light levels as low -vemachlässigbar viewed. However, as a closer examination has shown, there is a prejudice here if the shape of the crystalline knowledge plays a special role.
Es ist bereits beschrieben worden, daß bei der Halbleiterdiode im
Sperrbereich eine Abhängigkeit des Stromumkehrpunktes von einer Lichtbestrahlung
besteht. Desgleichen ist es bekanntgeworden, daß im sogenannten Zenergebiet Schwingungen
-auftreten können. Von einem Einfluß des Lichtes auf diese Schwingungen war jedoch
in diesem Zusammenhang nicht die Rede.It has already been described that in the semiconductor diode im
Blocked area a dependence of the current reversal point on light irradiation
consists. It has also become known that vibrations in the so-called Zener area
-may occur. There was, however, an influence of light on these vibrations
in this context not mentioned.
Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Schaltungsanordnung zur
Erzeugung von Schwingungen regelbarer Amplitude mit einer im Zenergebiet betriebenen
Halbleiterdiode, die innerhalb dieses Gebietes
bei geringer Beleuchtung
einen negativen Kennlinienbereich aufweist und der ein Kondensator parallel geschaltet
ist und die über einen Widerstand mit einer Spannungsquelle in Reihe liegt, die
Regelung der Amplitude der Schwingungen durch Steuerung der auf den Halbleiter auftreffenden
Lichtintensität erfolgt.The invention consists in that in a circuit arrangement for
Generation of oscillations of adjustable amplitude with one operated in the Zener area
Semiconductor diode that is within this area
in low light
has a negative characteristic range and which is connected in parallel with a capacitor
and which is connected in series with a voltage source via a resistor, the
Regulation of the amplitude of the vibrations by controlling those that strike the semiconductor
Light intensity takes place.
Es hat sich nämlich herausgestellt, daß noch sehr geringe Lichtmengen
die Form der Kennlinie im Gebiet des Zenerdurchbruches merklich beeinflussen. Dies
soll an Hand der Fig. 1 erläutert werden, die die Kennlinie einer Sfliziumdiode
zeigt. Eine Siliziumdiode hat sich bisher als das einfachste und wirksamste Halbleitergerät
erwiesen, das fürdieErfindungbrauchbar ist. Als Abszisse nach rechts ist die Spannung
U
in Flußrichtung aufgetragen, nach links dann in Sperrrichtung. Die Ordinate,
gibt den zur jeweiligen Spannung U gehörigen Wert I an. U, bezeichnet
die Zenerspannung, bei der (zumindest bei Beleuchtung) der Zenerdurchbruch erfolgt.
U, bezeichnet denienigen Spannungswert, bis zu dem die Spannung bei völlig
abgedunkelter Diode noch über die Zenerspannung erhöht werden kann, bis der Durchbruch
erfolgt. Zwischen den Werten U, ist der Ordinatenwert zweideutig,
d. h., die Kennlinie hat einen Teil mit negativer Steigung. Dieser Teil verschwindet
bereits bei mäßig starker Beleuchtung, da dann von vornherein der in Sperrichtung
fließende Strom vergrößert ist. Dieser Wert ist durch die punktierte Linie angedeutet.
Bei sehr schwacher Beleuchtung stellt sich die Kennlinie auf Werte ein, die zwischen
der ausgezogenen und der gestrichelt gezeichneten Linie liegen, je nach der
Beleuchtungsstärke mehr in der Nähe der einen oder in der Nähe der anderen Linie.
Nach bisherigen Ergebnissen wird der Teil mit negativer Steigung mit zunehmender
Beleuchtungsstärke exponentiell kleiner.It has been found that even very small amounts of light noticeably influence the shape of the characteristic curve in the area of the Zener breakthrough. This is to be explained with reference to FIG. 1 , which shows the characteristic curve of a silicon diode. A silicon diode has heretofore proven to be the simplest and most effective semiconductor device useful in the invention. The abscissa to the right is the voltage U in the flow direction, to the left then in the reverse direction. The ordinate indicates the value I associated with the respective voltage U. U denotes the Zener voltage at which the Zener breakdown occurs (at least when illuminated). U, denotes the voltage value up to which the voltage can be increased beyond the Zener voltage when the diode is completely darkened until the breakdown occurs. Between the values U i , the ordinate value is ambiguous; This means that the characteristic curve has a part with a negative slope. This part disappears even with moderately strong lighting, since the current flowing in the reverse direction is then increased from the outset. This value is indicated by the dotted line. In the case of very weak lighting, the characteristic curve adjusts to values that lie between the solid line and the dashed line, depending on the illuminance, more in the vicinity of one line or in the vicinity of the other line. According to previous results, the part with a negative slope becomes exponentially smaller with increasing illuminance.
Gerade dieser Teil mit negativer Steigung läßt sich aber mit einfachen
Mitteln zur Schwingungserzeugung ausnutzen. Die Schwingungsamplitude ist dann der
Größe dieses Teiles proportional. Bei völliger Abdunkelung liegen U., und
U, so weit auseinander, daß brauchbare Schwingungsamplituden erzeugt werden
können. Gilt beivölligerAbdunkelung die ausgezogene Kurve, so ist die Amplitude
maximal; gilt bei entsprechender Beleuchtung die gestrichelte Kurve, so setzt die
Schwingung aus. Der technische Fortschritt der Erfindung liegt in der besonderen
Einfachheit möglicherAnwendungsformen und in derhohenLichtempfindlichkeit bei gesteuerten
Anordnungen.However, it is precisely this part with a negative slope that can be used to generate vibrations with simple means. The oscillation amplitude is then proportional to the size of this part. When completely darkened, U. and U, are so far apart that usable oscillation amplitudes can be generated. If the solid curve applies when it is completely darkened, the amplitude is maximum; If the dashed curve applies with appropriate lighting, the oscillation stops. The technical progress of the invention lies in the particular simplicity of possible forms of application and in the high sensitivity to light in the case of controlled arrangements.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Schaltanordnung, wie sie als bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung für eine durch Lichtstrahl gesteuerte Schwingungsanordnungverwendetwird.
EineGleichspannungsquellel lädt über einen Widerstand2 einen Kondensator3 auf, der
mit der in Sperrichtung geschalteten Kristallode 4 überbrückt ist, die in ein lichtdichtes
Gehäuse 5
eingekapselt ist. Gegen von außen kommendes Licht, insbesondere
Tageslicht, ist die Kristallode völlig abgeschirrnt, damit sich der gesteuerten
Lichtintensität keine unkontrollierte überlagert und stört. Der Kondensator
3 wird zunächst bis zur Spannung Uo aufgeladen. Dann entlädt er sich wegen
des erfolgenden Durchbruchs in der Diode auf den Wert U,. Nach dieser Entladung
bricht der Strom in der Diode ab, und der Kondensator 3 wird über den Widerstand
2 aufgeladen, und der Vorgang beginnt von neuem. In das Echtdichte Gehäuse ist eine
Öffnung 6, in die gegebenenfalls noch eine Optik eingebaut werden kann, angebracht.
Durch diese Öffnung wird die Sperrschicht bzw. das unmittelbar benachbarte Gebiet
der Sperrschicht der Kristallode, von der Lichtquelle 7 beleuchtet. Die Beleuchtung
bestimmt, auf welchen Wert U,
sich die in Fig. 1 beschriebene Kennlinie
einstellt. An Stelle der Beleuchtung kann man sich schematisch im Ersatzschaltbild
einen Widerstand (nicht gezeigt) vorstellen, der zur Diode parallel geschaltet ist
und die Schwingung dämpft. Der Leitwert des Widerstandes entspricht der Beleuchtungsstärke.
Die sich ergebende Schwingungsamplitude ist unmittelbar gegeben durch die Differenz
Uo - U,. Da U, konstant ist, wird also durch die Variation
von U, die Schwingungsamplitude geregelt. Je stärker die Beleuchtung ist,
desto mehr nähert sich U, dem Wert U", und je schwächer die Beleuchtung
ist, desto mehr nähert sich U, seinem maximal möglichen Wert. Die Intensität des
Lichtes überträgt sich also unmittelbar auf die Schwingungsamplitude. Die auf die
Diode auffallende Lichtintensität kann dabei einmal dadurch verändert werden, daß
die Lichtdurchlässigkeit der Bedeckung des Halbleitergerätes verändert wird, oder
dadurch, daß die Lichtintensität der Lichtquelle verändert wird. Schließlich kann
noch das auf das Halbleitergerät auffallende Spektrum des Lichtes verändert werden,
da die Fotowirksamkeit des Lichtes ein selektives Maximum hat. (Für Silizium liegt
dies ungefähr im Gebiet des roten bis mittleren infraroten Lichtes.) Die Veränderung
der Schwingungsamphtude kann selbstverständlich langsam vorgenommen werden, oder
es kann abei auch die entstehende Schwingung niit irgendeinei Frequenz moduhert
werden, die niedriger ist als die Frequenz der Schwingungsanordnung. Besonders geeignet
erscheint diese Ausführungsform der Erfindung jedoch, wenn sie als Meßgerät aufgebaut
und betrieben wird, in dem die Schwingungsamplitude als Maß für die auffallende
Lichtintensität oder bzw. und für die LichtweHenlänge genommen wird.Fig. 2 shows schematically a circuit arrangement as used as a preferred embodiment of the invention for a light beam controlled oscillation arrangement. A DC voltage source charges a capacitor 3 via a resistor 2, which is bridged with the reverse-biased crystal electrode 4, which is encapsulated in a light-tight housing 5. The crystal is completely cordoned off against light coming from outside, especially daylight, so that the controlled light intensity is not superimposed and interfered with. The capacitor 3 is initially charged up to the voltage Uo. Then it discharges to the value U, because of the breakdown in the diode. After this discharge, the current in the diode breaks off, and the capacitor 3 is charged via the resistor 2, and the process begins again. An opening 6, into which an optical system can optionally be installed , is made in the real-tight housing. The barrier layer or the immediately adjacent area of the barrier layer of the crystallode is illuminated by the light source 7 through this opening. The lighting determines the value U, to which the characteristic curve described in FIG. 1 is set. Instead of the lighting, one can schematically imagine a resistor (not shown) in the equivalent circuit diagram, which is connected in parallel to the diode and dampens the oscillation. The conductance of the resistance corresponds to the illuminance. The resulting oscillation amplitude is given directly by the difference Uo - U,. Since U, is constant, the oscillation amplitude is regulated by varying U,. The stronger the lighting, the closer U, the value U ", and the weaker the lighting, the closer U, its maximum possible value. The intensity of the light is thus transferred directly to the oscillation amplitude The light intensity incident on the diode can be changed by changing the light transmittance of the cover of the semiconductor device, or by changing the light intensity of the light source has a selective maximum (for silicon this is roughly in the range of red to mid-infrared light.) The change in the oscillation amplitude can of course be made slowly, or the resulting oscillation can also be modulated with any frequency that is lower than that Frequency of the vibration arrangement This embodiment of the invention appears to be more suitable, however, if it is constructed and operated as a measuring device in which the oscillation amplitude is taken as a measure of the incident light intensity and / or the length of the light path.