-
Impulserzeuger mit steuerbarer Polarität Die Erfindung betrifft einen
Impulserzeuger, bei dem ein erstes Paar in Reihe geschalteter Tunneldioden, deren
ungleichnamige Elektroden miteinander verbunden sind, gegenphasig durch eine Wechselspannung
gespeist wird und zwischen dem Verbindungspunkt der Tunneldioden und einem Punkt
konstanten Potentials, vorzugsweise Erdpotential, eine Induktivität angebracht ist.
-
Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt; sie hat die Eigenschaft,
daß die Richtung des die Induktivität durchfließenden Stroms sich während gewisser
Zeit behauptet, wenn die Speisespannung ganz oder teilweise weggefallen ist. Dieser
Strom wird, wenn die Speisespannung wieder einen bestimmten Wert erreicht (also
bei einem nächstfolgenden Impuls im Falle einer impulsförmigen Speisespannung),
ein Ausgangssignal mit einer Polarität erzeugen, die der des ursprünglichen Ausgangssignals
entgegengesetzt ist. Es stehen somit abwechselnd positive und negative Signale zur
Verfügung. Es ist notwendig, daß die Zeitkonstante der Induktivität mit ihrem oder
mit einem zugeordneten Widerstand größer ist als die Periode der Speisespannung.
-
Die Erfindung bezweckt, diese Impulserzeugerschaltung für die Verwendung
als Teil z. B. eines sogenannten Leseverstärkers für Impulsspeicher oder einer sogenannten
Mehrheitslogikschaltung geeignet zu machen, und ist dadurch gekennzeichnet, daß
der Verbindungspunkt der Tunneldioden mit dem Verbindungspunkt mindestens eines
weiteren Paares in Reihe geschalteter Tunneldioden verbunden ist, deren ungleichnamige
Elektroden miteinander verbunden sind und die gegenphasig durch eine Wechselspannung
gespeist werden, deren Frequenz einen geraden Bruchteil, vorzugsweise die Hälfte,
der Frequenz des Speisesignals des ersten Paares von Tunneldioden beträgt.
-
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
-
F i g. 1 zeigt einen Impulserzeuger nach der Erfindung als Teil eines
Leseverstärkers; F i g. 2 zeigt Diagramme zur Erläuterung der Schaltungsanordnung
nach F i g. 1, in denen wechselspannungsförmige Signale als Funktion der Zeit veranschaulicht
sind; F i g. 3 zeigt einen Impulserzeuger nach der Erfindung als Teil einer Mehrheitslogikschaltung;
F i g. 4 zeigt Diagramme zur Erläuterung der Schaltungsanordnung nach F i g. 3,
in denen wechselspannungsförmige Signale als Funktion der Zeit veranschaulicht sind;
F i g. 5 zeigt eine Mehrheitslogikschaltung mit einem Schaltelement nach F i g.
3; F i g. 6 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Erzielen einer Spannung mit der doppelten
Frequenz der zugeführten Spannung; F i g. 7 zeigt eine Abart eines Teiles der Schaltung
nach den F i g. 1, 3 oder 6.
-
In der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 wird das von der Quelle 1
stammende, wechselspannungsförmige Speisesignal, das vorzugsweise rechteckförmig
ist, über den Gegentakttransformator 2, dessen Sekundärwicklung einen geerdeten
Mittelabgriff 3 besitzt, an die Reihenschaltung der Tunneldioden 10
und 11
zugeführt.
-
An dem Verbindungspunkt 4 der Tunneldioden 10 und 11, deren ungleichnamige
Elektroden miteinander verbunden sind, wird eine Spannung mit der gleichen Polarität
erzeugt wie die des von der Steuersignalquelle 16 stammenden, dem Verbindungspunkt
4 zugeführten Steuersignals. Die erzeugte Spannung erzeugt einen Strom i durch die
Spule 20. Die Richtung dieses Stroms wird, infolge der Trägheit der Spule 20, während
gewisser Zeit beibehalten. Der nach dem bzw. von dem Verbindungspunkt
4
fließende Strom i bedingt die Polarität des nächstfolgenden Spannungsimpulses.
Es erscheinen somit abwechselnd positive und negative Spannungsimpulse an dem Verbindungspunkt
4, solange der Steuerstrom fehlt oder kleiner als i ist.
Gemäß der
Erfindung wird der Verbindungspunkt 4 mit dem Verbindungspunkt 5 der Tunneldioden
12 und 13 verbunden, deren ungleichnamige Elektroden miteinander verbunden sind
und die gegenphasig aus einer Wechselspannungsquelle 8 über den Gegentakttransformator?
gespeist werden, dessen Sekundärwicklung einen geerdeten Mittelabgriff 6 hat. Gemäß
der Erfindung ist außerdem die Frequenz des Signals der Quelle 8 gleich der Hälfte
der Frequenz des Signals der Quelle 1.
-
Die Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt: Positive bzw. negative
Steuerimpulse 30 bzw. 31 (s. F i g. 2 A) der Steuersignalquelle 16 erzeugen positive
bzw. negative Signale 32 bzw. 35 an dem Verbindungspunkt 4, denen, wie vorstehend
erwähnt, negative bzw. positive Impulse 33 bzw. 36 folgen. Die Erscheinung aufeinanderfolgender
Impulse erfolgt im Rhythmus der Impulse 18 (s. F i g. 2 A) der Speisespannungsquelle
1. Die Speisespannungsquelle 8 liefert Impulse 28 (s. F i g. 2 C) mit einer Frequenz
gleich der Hälfte der der Impulse aus der Quelle 1. Die erstgenannten Impulse haben
vorzugsweise eine größere Breite als die zuletzt genannten, und vorzugsweise fangen
sie nicht gleichzeitig mit letzteren an. Obgleich die Impulse 33 (s. F i g. 2B)
infolgedessen in dem Zeitintervall erzeugt werden, in dem die von den Impulsen 32
erzeugten positiven Impulse 40 über der Belastung 17 entstehen, werden die Impulse
40 nicht von den Impulsen 33 beeinflußt, da die Signale 32 und 33 gegenüber den
Speisesignalen der Quelle 8 gering sind.
-
Wird ein negativer Steuerimpuls 31 von der Steuersignalquelle 16 abgeleitet,
so entsteht ein negativer Impuls 41 entsprechend der Erzeugung des Impulses 40,
welcher Impuls 41 auch ausgelesen werden kann.
-
Der Vorteil dieser- Schaltungsanordnung besteht darin, daß durch ein
verhältnismäßig geringes, kurzzeitiges Steuersignal 30 bzw. 31 ein großes, langedauerndes
Signal 40 bzw. 41 ausgelesen werden kann.
-
Der Widerstand 15 dient, ähnlich wie der Zeitunterschied zwischen
dem Anfang der Speisesignale der Quellen 1 und 8, dazu, die beiden Paare von Tunneldioden
weitestgehend gegeneinander zu entkoppeln. Dieser Zeitunterschied beträgt vorzugsweise
weniger als ein Drittel der Periode der Speisespannung der Quelle 1.
-
Es ist selbstverständlich, daß der Widerstand 21 der Verlustwiderstand
der Spule 20 sein kann.
-
In einem Ausführungsbeispiel waren 10, 11, 12 und 13 Germanium-Tunneldioden
eines experimentiellen Typs mit einem Spitzenstrom 1p von 5 mA, einer Spitzenspannung
V" von 50 mV, einem Talstrom 1D von 0,5 mA und einer Talspannung VD von 350
mV. Die Quelle 8 lieferte Impulse mit einer Breite von 5 nanosee und mit einer Wiederholungsfrequenz
von 100 MHz. Die Quelle 1 lieferte Impulse mit einer Breite von 2,5 nanosee und
einer Wiederholungsfrequenz von 200 MHz. Die Widerstände 15 und 21 hatten Werte
von 200 bzw. 10 Ohm. Die Induktivität 20 hatte einen Wert von 0,1 gH. Ein Steuerimpuls
von 10 EtA der Steuersignalquelle 16 ermöglichte, Signale von 200 mV auszulesen.
-
F i g. 3 zeigt drei Paare von Tunneldioden Al, A2, B1, B2 und Cl,
C2. Die Tunneldioden jedes Paares sind durch ungleichnamige Elektroden miteinander
verbunden. Die Speisespannungen der Paare Al, A2 und Cl, C2 sind 120° gegeneinander
in der Phase verschoben, um unerwünschte Rückkopplung der Ausgangsklemme 51 auf
die Eingangsklemme 50 zu verhüten. Einfachheitshalber sind die impulsförmigen Speisespannungen
in F i g. 3 in Form von Blöcken bei den nicht verbundenen Elektroden der Tunnel-;
dioden angedeutet. Außer der Phasenverschiebung zwischen den Speisespannungen liegen
noch Unterschiede darin, daß die Länge der Speiseimpulse der Paare Al, Az und Cl,
C2 größer ist als die des Paares Bi, B2 und daß die Frequenz der Speisespannungen
der erstgenannten Paare die Hälfte der Frequenz der Speisespannung des zuletzt genannten
Paares ist.
-
Die Dauer der Impulse A bzw. C der Speisespannungen für das Paar A1,
A2 bzw. Cl, C2 ist gleich und so groß (s. F i g. 4), daß die Impulse A und die Impulse
B' (für das Paar B1, B2) in der Zeit ganz oder teilweise zusammenfallen, während
die Impulse B" (für das Paar B1, B.,) in der Zeit teilweise mit einem Teil der Impulse
C zusammenfallen.
-
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist folgende: Gelangt an
die Eingangsklemme 50 ein positives Steuersignal, so wird dieses infolge des Zusammenfallens
der Impulse B' mit einem Teil der Impulse A über das Paar B1, B2 an die Reihenschaltung
der Spule 20 und des Widerstandes 21 zwischen dem Verbindungspunkt 52 und Erdpotential
weitergeleitet. Die Spule 20 sorgt dafür, daß nach Beendigung des Impulses B' ein
negativer Strom dem Verbindungspunkt 52 zufließt. Gemeinsam mit dem Speiseimpuls
B" liefert dieser negative Strom einen geringen negativen Impuls an den Verbindungspunkt
der Tunneldiode Cl und C2. Da die Impulse C und B" sich überlappen, steht ein großer
negativer Impuls an der Ausgangsklemme 51 zur Verfügung.
-
Die Schaltungsanordnung nach F i g. 3 kann in einer Mehrheitslogikschaltung
untergebracht werden. Die Mehrheitslogikschaltung hat die Eigenschaft, daß bei einer
ungeraden Anzahl von Eingangssignalen an einem Element der Schaltung die größere
Anzahl mit der gleichen Polarität entscheidet, welche Polarität das von dem Element
gelieferte Ausgangssignal haben wird.
-
F i g. 5 zeigt eine solche Schaltungsanordnung. Jedes Paar von Tunneldioden
ist einfachheitshalber durch einen Kreis angedeutet. Die Speisung der Paare 70,
71 und 72 erfolgt durch Impulse der Form A (F i g. 4), die der Paare 73 bis 77 durch
Impulse der Form B' und B" und die des Paares 78 durch Impulse der Form C. Die Reihenschaltung
der Spule 20 und des Widerstandes 21 an dem Verbindungspunkt des Diodenpaares 73
ruft wieder eine Umkehrung hervor.
-
Die für die Paare 10, 11 (F i g. 1), B1, B2 (F i g. 3) und 73 bis
77 (F i g. 5) erforderliche Speisespannung mit einer Frequenz gleich dem Doppelten
der Frequenz für die anderen Paare der Tunneldioden in diesen Figuren kann z. B.
mittels der Schaltung nach F i g. 6 erhalten werden. Führt man aus der Quelle 80,
welche die letztgenannten anderen Paare speisen kann, eine Wechselspannung über
den Gegentakttransformator 81 gegenphasig der Reihenschaltung der Tunneldioden 82
und 83 zu, die durch gleichnamige Elektroden miteinander verbunden sind, so kann
einem Widerstand 86 zwischen dem Verbindungspunkt 85 und Erdpotential eine Wechselspannung
mit der doppelten Frequenz des Signals der Quelle 80 entnommen werden.
-
Das gleiche Resultat wird erzielt, wenn jede der Dioden 82 und 83
durch die Reihenschaltung von
zwei Tunneldioden 90 und 91 (F i g.
7) ersetzt wird, die durch gleichnamige Elektroden miteinander verbunden sind. Wird
der Widerstand 86 in dieser Schaltung durch eine Induktivität oder die Reihenschaltung
einer Induktivität (20 in den F i g. 1, 3 und 5) und eines Widerstandes (21
in den F i g. 1, 3 und 5) ersetzt, so wird erreicht, daß nicht nur Frequenzverdopplung,
sondern auch eine abwechselnde Erzeugung von positiven und negativen Impulsen eintritt.
Die Reihenschaltung der Tunneldioden 90
und 91 ersetzt dabei jede der Dioden
10 und 11 (F i g. 1), B1, & (F i g. 3) oder 73 bis 77 (F i g. 5).