DE1265795B

DE1265795B - Transistor circuit for use as an oscillator, frequency modulator or delay chain

Info

Publication number: DE1265795B
Application number: DEJ25163A
Authority: DE
Inventors: Richard Taylor
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1963-01-25
Filing date: 1964-01-22
Publication date: 1968-04-11

Description

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.Transistor circuit for use as an oscillator, frequency modulator or delay chain The invention relates to a transistor circuit consisting of from a semiconductor with a feed electrode with excess line, a charging electrode with mangle line and several prestressed grid electrodes arranged in between with mangle line.

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.In a circuit designed as a modulator circuit from German Auslegeschrift 1099 081, an input voltage fed in between two grid electrodes is superimposed on a modulation voltage fed in between a grid electrode and the charging electrode. In this known circuit, the flow of current in the semiconductor is therefore controlled by the grid electrodes.

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.In the case of transistors of the type in question here, there is between the grid electrode that is closest to the feed electrode and the charging electrode a phase shift, the size of which depends on the bias of the rest Grid electrodes.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Phasenverschiebung zum Betrieb von Transistorschaltungen der eingangs genannten Art als Oszillatoren nutzbar zu machen.The object of the invention is to provide this phase shift for operation of transistor circuits of the type mentioned above can be used as oscillators do.

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.The invention is characterized in that the to a fixed The supply electrode connected to the reference potential is closest to the grid electrode over a simple capacity to over a load to one over against the fixed Reference potential positive voltage connected charging electrode is fed back and that the two remaining grid electrodes are connected to one opposite the fixed reference potential positive bias voltage are connected, which is such that the circuit can be operated as an oscillator.

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.Because of the phase shift mentioned, the transistor circuit is according to the invention self-oscillating solely through the use of the feedback capacitance and a corresponding dimensioning of the prestresses. Further outer phase-shifting Members, such as B. RC or LC elements are not required.

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.Because the phase shift depends on the bias of the rest of the grid electrodes is dependent, an oscillator circuit according to the invention can also be simple operate as a frequency modulator by increasing the bias voltage of the charging electrode on next grid electrode is changeable. As a voltage source for the An alternating voltage source can then be provided for biasing this grid electrode, which generates the modulation voltage.

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.The phase-shifting effect of transistors of this type is permitted it is to build a particularly simple delay chain. Be for this purpose according to an expedient development of the invention, several such transistors connected in series and biased so that the aforementioned phase shift occurs. The capacity that is connected to the charging electrode on the one hand and when used of the invention as an oscillator circuit to the one grid electrode of the same transistor is connected, is instead to the grid electrode of the transistor connected to the next switching stage. From level to level there is then the Circuit a phase shift and thus a delay.

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.Such a delay chain has proven to be particularly advantageous, because on the one hand it requires very few components and on the other hand that too delaying signal when passing through the delay chain no energy loss suffers.

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.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. In the Drawing shows F i g. 1 shows the circuit diagram of an oscillator circuit according to the invention and F i g. 2 shows the circuit diagram of a delay circuit according to the invention.

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.In the case of the in FIG. 1 illustrated oscillator circuit is a with transistor equipped with five electrodes 1 as a phase-shifting one Link provided. The transistor 1 consists of a strip 2 made of semiconductor material with a P-electrode 3 made of suitable material welded to the upper end, z. B. indium, and an N-electrode 4 made of suitable material, e.g. B. a lead-tin-arsenic alloy: which is welded onto the lower end of the strip 2. There are also three more P-electrodes 5, 6 and 7 welded to the side of the strip 2. The following will be the P-electrode 3 "charging electrode", the N-electrode 4 "feeding electrode" and the P-electrodes 5, 6 and 7 called "grid electrodes". At the charging electrode 3 lies above the resistor 8 a bias voltage -f- Vi, and the grid electrode 6 is connected via a resistor 9 and a coupling circuit containing capacitance 10 have a bias voltage + VZ. To the grid electrode 5 is via a coupling circuit containing a resistor 12 and a capacitor 13 a variable voltage source 11 is connected. The feeding electrode is direct and the grid electrode 7 is connected to a reference potential via an ohmic resistor 18 14 connected.

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.In this circuit arrangement the transistor is conductive, namely holes from the charging electrode 3 and electrons from the supply electrode 4 into the strip 2. The bias voltages on the grid electrodes 5 and 6 serve to avoid space charges.

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.The charging electrode 3 is connected to the grid electrode via a capacitance 15 7 connected. In this way, part of the output voltage from the charging electrode becomes 3 is fed back to the grid electrode 7 as an input signal.

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.It has been shown that under certain preload conditions a voltage fed in at the grid electrode 7 is phase-shifted by 360 °. By means of an input signal which is fed in at the input terminal 16 of the grid electrode 7 is, then arises at the output terminal 17, an output signal that is opposite the input signal at the input terminal 16 is phase shifted by 360 °. If that Output signal at terminal 17 is fed back to input terminal 16, then vibrations are excited and the arrangement acts as a phase shifter oscillator. This circuit arrangement is in contrast to the usual tube or transistor oscillators advantageous because no RC or LG elements are required in the feedback line will. It has also been shown that the circuit arrangement with a higher gain can be operated as the mentioned known arrangements.

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.In a preferred embodiment according to FIG. 1, the switching elements and voltages are dimensioned as follows: V1 ............................. -f-30 V VZ ............................. -f- 5.6 V Voltage source 11 .............. -I- 8 V Resistance 8 .................... 4.7 k0 Resistance 9 .................... 30S2 Resistance 12 ................... 309 Capacity 10 .................... 25 #tF Capacity 13 .................... 25 #tF Capacity 15 .................... 160 #tF With these dimensions, a sinusoidal oscillation of 80 kHz occurs at the output connection 17. The arrangement works with the usual voltage amplification and therefore also with the usual or a larger power amplification, based on the connections 16 and 17.

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.The in F i g. 1 can be used as a stable oscillator, whereby, as already mentioned, no LC or RC elements are required. The oscillation frequency can be changed by the bias voltage of the grid electrode 5. The frequency can be set between 10 and 100 kHz for the specified dimensions. The voltage of the voltage source 11 is then approximately between 7.75 and 8.25 V. The arrangement can also be operated as a frequency modulator. In such a case, the voltage of the voltage source 11 and thus the bias voltage of the grid electrode 5 is changed according to the intended modulation. If z. B. the voltage of the voltage source 11 changes with a frequency of 50 kHz between 7.75 and 8.25 V, then a frequency-modulated output signal with a modulation frequency between 10 and 100 kHz and a carrier frequency of 50 kHz is produced at the output terminal 17.

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.F i g. 2 shows a delay chain according to the invention. In the case of the in FIG. 2 are a plurality of transistors, as they are also in the circuit shown in FIG. 1 illustrated embodiment are provided, connected in series. The output terminal 17 of each transistor 1 is coupled via a capacitance 15 to the grid electrode 7 of the next transistor. This coupling corresponds to the feedback line between the output terminal 17 and the grid electrode 7 from FIG. 1. In the case of the in F i g. 2, it is intended that the transistors, for which no feedback is provided, do not oscillate.

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.Under the bias conditions given above (the voltage V3 the voltage source 11 is -f-8 V) there is a phase shift of 360 ° from transistor to transistor. As a result, vibration goes from level to level S,., SE. . ..Sn delayed by one full oscillation each time. An input signal, which is fed in at the grid electrode 7 is at the output terminal 17 of the first switching stage S, delayed by a full oscillation. This output signal reaches the grid electrode 7 of the second switching stage S2 and is in the second Switching stage in turn delayed by a full oscillation, so that the output signal at the output connection - 17 of the second switching stage S, opposite the input signal, which was fed into the grid electrode 7 of the first switching stage S1, by a total of two full oscillations is delayed. The oscillation becomes in a corresponding manner delayed in each switching stage by a full oscillation period so that they are at the output terminal 17 of the n-th switching stage S. is delayed by a total of n full phases. By changing the bias of the grid electrodes 5 or 6 can reduce the delay in the corresponding Level are reduced so that they no longer have a full period in this level amounts to.

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.The embodiments described show that according to the invention provided oscillator arrangement on the one hand advantageous as a vibration generator Can be used, with RC and LC elements in the feedback line in an advantageous manner are dispensable. On the other hand, oscillator arrangements of this type with a few Changes can be combined into a delay chain that is advantageous because the delay has no loss of energy in the delayed signal he follows.

Claims

Claims: 1. Transistor circuit, consisting of a semiconductor with a feed electrode with excess line, a charging electrode with defective line and several interposed, prestressed grid electrodes with defective line, characterized in that the feed electrode (4) connected to a fixed reference potential (14) is closest located grid electrode (7) is fed back via a simple capacitance (15) to the charging electrode (3) connected via a load (8) to a voltage V1 which is positive with respect to the fixed reference potential (14) and that the two remaining grid electrodes (5, 6) are connected to a bias voltage V2 (11) which is positive with respect to the fixed reference potential (14) and which is dimensioned such that the circuit can be operated as an oscillator.

2. transistor circuit for use as an oscillator according to claim 1, characterized in that that the bias voltage (11) of the grid electrode closest to the charging electrode (3) (5) is changeable.

3. transistor circuit for use as an oscillator according to claim 2, characterized in that a frequency modulation of the oscillator is effected thereby is that as a voltage source (11) for the bias voltage V3 of the grid electrode (5) an AC voltage source is provided.

4. Modification of the transistor circuit according to claim 1 for use as a delay chain, characterized by a plurality of series-connected, formed according to claim 1 and biased transistors (1), in which the charging electrodes (3) each via a capacitance (15) each to that of the feed electrode (4) the closest grid electrode (7) of the transistor (1) of the next stage (S ,, S2 ... Sn) are connected. Considered publications: German Auslegeschriften No. 1007 887, 1025 994, 1099081.