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Transistorschaltung zur Verwendung als Oszillator, Frequenzmodulator
oder Verzögerungskette Die Erfindung betrifft eine Transistorschaltung, bestehend
aus einem Halbleiter mit einer Speiseelektrode mit Überschußleitung, einer Ladeelektrode
mit Mangelleitung und mehreren dazwischen angeordneten, vorgespannten Gitterelektroden
mit Mangelleitung.
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Bei einer als Modulatorschaltung ausgebildeten Schaltung aus der deutschen
Auslegeschrift 1099 081 wird einer zwischen zwei Gitterelektroden eingespeisten
Eingangsspannung eine zwischen einer Gitterelektrode und der Ladeelektrode eingespeiste
Modulationsspannung überlagert. Der Stromfluß in dem Halbleiter wird also bei dieser
bekannten Schaltung durch die Gitterelektroden gesteuert.
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Bei Transistoren der hier in Frage stehenden Art besteht zwischen
derjenigen Gitterelektrode, die der Speiseelektrode am nächsten liegt, und der Ladeelektrode
eine Phasenverschiebung, deren Größe abhängig ist von der Vorspannung der übrigen
Gitterelektroden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Phasenverschiebung zum Betrieb
von Transistorschaltungen der eingangs genannten Art als Oszillatoren nutzbar zu
machen.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die der an ein festes
Bezugspotential angeschlossenen Speiselektrode am nächsten gelegene Gitterelektrode
über eine einfache Kapazität an die über eine Belastung an eine gegenüber dem festen
Bezugspotential positive Spannung angeschlossene Ladeelektrode rückgekoppelt ist
und daß die beiden restlichen Gitterelektroden an eine gegenüber dem festen Bezugspotential
positive Vorspannung angeschlossen sind, die derart bemessen ist, daß die Schaltung
als Oszillator betreibbar ist.
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Wegen der erwähnten Phasenverschiebung ist die Transistorschaltung
nach der Erfindung selbstschwingend allein durch die Verwendung der Rückkopplungskapazität
und eine entsprechende Bemessung der Vorspannungen. Weitere äußere phasenschiebende
Glieder, wie z. B. RC- oder LC-Glieder, sind dabei nicht erforderlich.
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Da die Phasenverschiebung von der Vorspannung der übrigen Gitterelektroden
abhängig ist, läßt sich eine Oszillatorschaltung nach der Erfindung auch einfach
als Frequenzmodulator betreiben, indem die Vorspannung der der Ladeelektrode am
nächsten gelegenen Gitterelektrode veränderbar ist. Als Spannungsquelle für die
Vorspannung dieser Gitterelektrode kann man dann eine Wechselspannungsquelle vorsehen,
die die Modulationsspannung erzeugt.
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Die phasenschiebende Wirkung von Transistoren dieser Art gestattet
es, eine besonders einfache Verzögerungskette aufzubauen. Zu diesem Zweck werden
gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung mehrere solcher Transistoren
in Reihe geschaltet und so vorgespannt, daß die erwähnte Phasenverschiebung auftritt.
Die Kapazität, die einerseits an die Ladeelektrode angeschlossen ist und bei Anwendung
der Erfindung als Oszillatorschaltung an die eine Gitterelektrode des gleichen Transistors
angeschlossen ist, wird statt dessen an die Gitterelektrode des Transistors der
nächstfolgenden Schaltstufe angeschlossen. Von Stufe zu Stufe besteht dann in der
Schaltung eine Phasenverschiebung und damit eine Verzögerung.
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Eine solche Verzögerungskette hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen,
weil sie einerseits nur sehr wenige Bauelemente erfordert und andererseits das zu
verzögernde Signal beim Durchlauf durch die Verzögerungskette keinen Energieverlust
erleidet.
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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der
Zeichnung zeigt F i g. 1 den Schaltplan einer Oszillatorschaltung nach der Erfindung
und F i g. 2 den Schaltplan einer Verzögerungsschaltung nach der Erfindung.
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Bei der in F i g. 1 dargestellten Oszillatorschaltung ist ein mit
fünf Elektroden ausgestatteter Transistor 1
als phasenschiebendes
Glied vorgesehen. Der Transistor 1 besteht aus einem Streifen 2, aus Halbleitermaterial
mit einer am oberen Ende aufgeschweißten P-Elektrode 3 aus geeignetem Material,
z. B. Indium, und einer N-Elektrode 4 aus geeignetem Material, z. B. einer Blei-Zinn-Arsen-Legierung,:
die am unteren Ende des Streifens 2 aufgeschweißt ist. Außerdem sind drei weitere
P-Elektroden 5, 6 und 7 seitlich an dem Streifen 2 aufgeschweißt. Im folgenden werden
die P-Elektrode 3 »Ladeelektrode«, die N-Elektrode 4 »Speiseelektrode« und die P-Elektroden
5, 6 und 7 »Gitterelektroden« genannt. An der Ladeelektrode 3 liegt über dem Widerstand
8 eine Vorspannung -f- Vi, und an der Gitterelektrode 6 liegt über einen einen Widerstand
9 und eine Kapazität 10 enthaltenden Koppelkreis eine Vorspannung + VZ. An die Gitterelektrode
5 ist über einen einen Widerstand 12 und eine Kapazität 13 enthaltenden Koppelkreis
eine veränderliche Spannungsquelle 11 angeschlossen. Die Speiselektrode ist direkt
und die Gitterelektrode 7 ist über einen ohmschen Widerstand 18 an ein Bezugspotential
14 angeschlossen.
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In dieser Schaltungsanordnung ist der Transistor leitend, und zwar
treten von der Ladeelektrode 3 Löcher und von der Speiselektrode 4 Elektronen
in den Streifen 2. Die Vorspannungen an den Gitterelektroden 5 und 6 dienen dazu,
Raumladungen zu vermeiden.
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Die Ladeelektrode 3 ist über eine Kapazität 15 mit der Gitterelektrode
7 verbunden. Auf diese Weise wird ein Teil der Ausgangsspannung von der Ladeelektrode
3 als Eingangssignal an die Gitterelektrode 7 zurückgekoppelt.
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Es hat sich gezeigt, daß unter bestimmten Vorspannungsbedingungen
eine an der Gitterelektrode 7 eingespeiste Spannung um 360° phasenverschoben wird.
Durch ein Eingangssignal, das an dem Eingangsanschluß 16 der Gitterelektrode 7 eingespeist
wird, entsteht dann an dem Ausgangsanschluß 17 ein Ausgangssignal, das gegenüber
dem Eingangssignal am Eingangsanschluß 16 um 360° phasenverschoben ist. Wenn das
Ausgangssignal am Anschluß 17 an den Eingangsanschluß 16 rückgekoppelt wird, dann
werden Schwingungen angeregt und die Anordnung wirkt als Phasenschieber-Oszillator.
Diese Schaltungsanordnung ist gegenüber den üblichen Röhren- oder Transistor-Oszillatoren
vorteilhaft, weil keine RC- oder LGGlieder in der Rückkopplungsleitung benötigt
werden. Es hat sich auch gezeigt, daß die Schaltungsanordnung mit höherem Verstärkungsgrad
betrieben werden kann als die erwähnten bekannten Anordnungen.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 sind die Schaltelemente
und Spannungen wie folgt bemessen:
| V1 ............................. -f-30 V |
| VZ ............................. -f- 5,6 V |
| Spannungsquelle 11 .............. -I- 8 V |
| Widerstand 8 .................... 4,7 k0 |
| Widerstand 9 .................... 30S2 |
| Widerstand 12 ................... 309 |
| Kapazität 10 .................... 25 #tF |
| Kapazität 13 .................... 25 #tF |
| Kapazität 15 .................... 160 #tF |
Bei diesen Bemessungen entsteht am Ausgangsanschluß 17 eine Sinusschwingung von
80 kHz. Die Anordnung arbeitet mit der üblichen Spannungsverstärkung und deshalb
auch mit der üblichen oder einer größeren Leistungsverstärkung, bezogen auf die
Anschlüsse
16 und 17.
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Die in F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung kann als stabiler
Oszillator verwendet werden, wobei, wie bereits erwähnt, keine LC- oder RC-Glieder
erforderlich sind. Die Schwingungsfrequenz kann durch die Vorspannung der Gitterelektrode
5 verändert werden. Die Frequenz ist bei den angegebenen Bemessungen zwischen 10
und 100 kHz einstellbar. Die Spannung der Spannungsquelle 11 liegt dann ungefähr
zwischen 7,75 und 8,25 V. Die Anordnung kann auch als Frequenzmodulator betrieben
werden. In einem solchen Fall wird die Spannung der Spannungsquelle 11 und damit
die Vorspannung der , Gitterelektrode 5 nach der vorgesehenen Modulation verändert.
Wenn z. B. die Spannung der Spannungsquelle 11 mit einer Frequenz von 50
kHz zwischen 7,75 und 8,25 V wechselt, dann entsteht an dem Ausgangsanschluß 17
ein frequenzmoduliertes Ausgangssignal mit einer Modulationsfrequenz zwischen 10
und 100 kHz und einetTrägerfrequenz von 50 kHz.
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F i g. 2 zeigt eine Verzögerungskette nach der Erfindung. Bei der
in F i g. 2 dargestellten Schaltung sind mehrere Transistoren, wie sie auch bei
dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen sind, in Serie geschaltet.
Der Ausgangsanschluß 17 eines jeden Transistors 1 ist über eine Kapazität
15 an die Gitterelektrode 7 des nächstfolgenden Transistors gekoppelt. Diese Kopplung
entspricht der Rückkopplungsleitung zwischen dem Ausgangsanschluß 17 und der Gitterelektrode
7 aus F i g. 1. Bei der in F i g. 2 dargestellten Schaltungsanordnung ist beabsichtigt,
daß die Transistoren, für die keine Rückkopplung vorgesehen ist, nicht schwingen.
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Unter den oben angegebenen Vorspannungsbedingungen (die Spannung V3
der Spannungsquelle 11 beträgt -f-8 V) besteht eine Phasenverschiebung von 360°
von Transistor zu Transistor. Demzufolge wird eine Schwingung von Stufe zu Stufe
S,., SE . . ..Sn um jeweils eine volle Schwingung verzögert. Ein Eingangssignal,
das bei der Gitterelektrode 7 eingespeist wird, ist an dem Ausgangsanschluß 17 der
ersten Schaltstufe S, um eine volle Schwingung verzögert. Dieses Ausgangssignal
gelangt an die Gitterelektrode 7 der zweiten Schaltstufe S2 und wird in der zweiten
Schaltstufe wiederum um eine volle Schwingung verzögert, so daß das Ausgangssignal
am Ausgangsanschluß - 17 der zweiten Schaltstufe S, gegenüber dem Eingangssignal,
das in die Gitterelektrode 7 der ersten Schaltstufe S1 eingespeist wurde, um insgesamt
zwei volle Schwingungen verzögert ist. In entsprechender Weise wird die Schwingung
in jeder Schaltstufe um eine volle Schwingungsperiode verzögert, so daß sie am Ausgangsanschluß
17 der n-ten Schaltstufe S. um insgesamt n volle Phasen verzögert ist. Durch Verändern
der Vorspannung der Gitterelektroden 5 oder 6 kann die Verzögerung in der entsprechenden
Stufe verringert werden, so daß sie in dieser Stufe nicht mehr eine volle Periode
beträgt.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen, daß die nach der Erfindung
vorgesehene Oszt-llatoranordnung einerseits vorteilhaft als Schwingungsgenerator
Anwendung finden kann, wobei in vorteilhafter Weise RC- und LC-Glieder in der Rückkopplungsleitung
entbehrlich sind. Andererseits können Oszillatoranordnungen dieser Art mit wenigen
Änderungen
zu einer Verzögerungskette zusammengefaßt werden, die
vorteilhaft ist, weil die Verzögerung ohne Energieverlust in dem verzögerten Signal
erfolgt.