DE1210948B

DE1210948B - Device for converting direct current into alternating current

Info

Publication number: DE1210948B
Application number: DES67466A
Authority: DE
Inventors: Dr Rolf Gremmelmaier; Dr Hans-Joachim Henkel; Dr Erwin Klein
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-03-08
Filing date: 1960-03-08
Publication date: 1966-02-17

Description

Einrichtung zum Umwandeln .von Gleichstrom in Wechselstrom In neuerer Zeit sind Halbleiterdioden bekanntgeworden, die den quantenmechanischen Tunneleffekt in schmalen pn-Übergängen ausnutzen; sie werden daher als »Tunneldioden« bezeichnet. Das wesentliche Kennzeichen dieser Dioden ist eine fallende Strom-Spannungs-Kennlinie in einem gewissen Bereich bei positiver Polung des p-Gebietes. Es sind weiterhin Tunneldioden vorgeschlagen worden, bei denen ein Halbleitermaterial verwendet ist, mit verhältnismäßig großer Breite der verbotenen Zone und/oder verhältnismäßig kleiner effektiver Masse der Elektronen und/oder Löcher. Hierfür eignen sich z. B. Si, SiC oder AISb, insbesondere aber InP, GaP und GaAs. Tunneldioden aus den vorgenannten Halbleitermaterialien sind z. B. zur Gleichrichtung kleiner Wechselspannungen vorgeschlagen worden. Darüber hinaus sind Vorschläge zur Verwendung von Tunneldioden zur Erzeugung und Verstärkung von Schwingungen im Gebiet höchster Frequenzen bekanntgeworden; bei diesen wurdon Strommaxima in der Größenordnung von Milliampere erreicht.Device for converting .from direct current to alternating current Semiconductor diodes have become known, which have the quantum mechanical tunnel effect use in narrow pn junctions; they are therefore referred to as "tunnel diodes". The main characteristic of these diodes is a falling current-voltage characteristic in a certain range with positive polarity of the p-area. There are still Tunnel diodes using a semiconductor material have been proposed with a relatively large width of the forbidden zone and / or relatively smaller effective mass of electrons and / or holes. For this purpose, z. B. Si, SiC or AISb, but especially InP, GaP and GaAs. Tunnel diodes from the aforementioned Semiconductor materials are e.g. B. proposed for rectifying small AC voltages been. In addition, there are proposals for the use of tunnel diodes for generation and amplification of vibrations in the area of highest frequencies became known; with these current maxima in the order of magnitude of milliamps were reached.

Weiterhin sind Einrichtungen bekanntgeworden, bei denen als wesentliches Element eine oder mehrere Tunneldioden verwendet werden, deren negativer Widerstand zur Erzeugung von Schwingungen und damit zur Erzeugung eines Wechselstromes ausgenutzt wird.Furthermore, facilities have become known where as essential Element one or more tunnel diodes are used, their negative resistance used to generate vibrations and thus to generate an alternating current will.

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom, bei der als wesentliches Element eine oder mehrere Tunneldioden verwendet werden, deren negativer Widerstand zum Erzeugen von Schwingungen ausgenutzt wird. Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß eine Tunneldiode mit der Gleichspannungsquelle und einem Transformator, auf dessen Sekundärseite ein Verbraucher angeschlossen ist, in Serie geschaltet und die Bemessung so gewählt ist, daß die Summe der ohmschen Serienwiderstände im Primärkreis kleiner und der auf die Primärseite transformierte ohmsche Widerstand des Verbrauchers größer als der negative Widerstand der Tunneldiode ist. Ferner sind die Spannung der Gleichstromquelle und die Kennlinie der Tunneldiode so einander angepaßt, daß die Gleichspannung im Bereich des negativen Widerstandes liegt. Die Erfindung ermöglicht es, verhältnismäßig große Gleichströme, z. B. in der Größenordnung 1 Ampere, bei kleiner Spannung, Größenordnung etwa 1 Volt, mit gutem Wirkungsgrad und verhältnismäßig kleinem : Aufwand in Wechselströme umzuwandeln. Die Erfindung ist daher z. B. besonders geeignet zum Umwandeln des von thermoelektrischen Generatoren gelieferten Gleichstromes in Wechselstrom; die sehr niederohmigen Tunneldioden stellen hierfür ein sehr günstiges Wechselrichterelement dar. Ein anderes Anwendungsgebiet ist z. B. die Wechselrichtung der Gleichspannung von elektrolytischen Zellen und von Akkumulatoren. Allgemein empfiehlt sich die Erfindung zur Wechselrichtung von Gleichspannungen in der Größenordnung von 1 Volt und darunter, insbesondere auch wegen der Einfachheit und Robustheit der Einrichtung.The invention relates to a device for converting direct current in alternating current, with one or more tunnel diodes as an essential element are used whose negative resistance is used to generate vibrations will. The solution according to the invention is that a tunnel diode with the DC voltage source and a transformer, on the secondary side of which a consumer is connected is connected in series and the rating is chosen so that the sum of the ohmic Series resistances in the primary circuit are smaller and the one transformed to the primary side The ohmic resistance of the consumer is greater than the negative resistance of the tunnel diode is. Furthermore, the voltage of the direct current source and the characteristic curve of the tunnel diode so matched that the DC voltage is in the range of negative resistance lies. The invention makes it possible to use relatively large direct currents, e.g. Am of the order of 1 ampere, with low voltage, of the order of about 1 volt good efficiency and relatively small: effort to convert into alternating currents. The invention is therefore z. B. particularly suitable for converting the thermoelectric Generators supplied direct current into alternating current; the very low resistance tunnel diodes represent a very inexpensive inverter element for this purpose. Another field of application is z. B. the alternation of the DC voltage of electrolytic cells and of accumulators. In general, the invention is recommended for changing the direction of DC voltages in the order of magnitude of 1 volt and below, in particular also because of the simplicity and robustness of the facility.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen auch einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt sind; es zeigt F i g. 1 den qualitativen Verlauf einer Tunneldioden-Kennlinie, F i g. 2 den quantitativen Verlauf der Kennlinie einer für die vorliegende Erfindung geeigneten Tunneldiode, F i g. 3 das Prinzipschaltbild einer einfachen Ausführungsform der Einrichtung gemäß der Erfindung, F i g. 4 das Ersatzschaltbild für die Einrichtung gemäß F i g. 3, F i g. 5 und 6 erläuternde Diagramme zur Wirkungsweise der Einrichtung gemäß F i g. 3, F i g. 7 das Prinzipschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispieles der Einrichtung gemäß der Erfindung, F i g. 8 das Ersatzschaltbild der Einrichtung gemäß Fig. 7, F i g. 9 ein erläuterndes Diagramm zur Wirkungsweise der Einrichtung gemäß F i g. 7, F i g. 10 und 11 Prinzipschaltbilder weiterer Ausführungsbeispiele der Einrichtung gemäß der,-Erfindung.For a further explanation of the invention, reference is made to the drawings, in which some embodiments of the device according to the invention are also shown are; it shows F i g. 1 the qualitative course of a tunnel diode characteristic, F. i g. 2 shows the quantitative course of the characteristic curve for the present invention suitable tunnel diode, F i g. 3 shows the basic circuit diagram of a simple embodiment the device according to the invention, FIG. 4 the equivalent circuit diagram for the facility according to FIG. 3, fig. 5 and 6 are explanatory diagrams for the operation of the device according to FIG. 3, fig. 7 shows the basic circuit diagram of a further exemplary embodiment the device according to the invention, FIG. 8 the equivalent circuit diagram of the facility according to Fig. 7, F i g. 9 is an explanatory diagram of the operation of the device according to FIG. 7, F i g. 10 and 11 basic circuit diagrams of further exemplary embodiments the device according to the invention.

In F i g. 1 ist auf der Abszisse die Spannung U, bezogen auf die Polung des p-Gebietes, und auf der Ordinate der Strom I aufgetragen. Die Kennlinie zeigt das für Tunneldioden bei positiver Polung des p-Gebietes charakteristische Strommaximum mit anschEeßendem Stromminimum; zwischen beiden liegt- ein Bereich negativen Widerstands.In Fig. 1 is the voltage U on the abscissa, based on the polarity of the p-region, and the current I is plotted on the ordinate. The characteristic shows the characteristic maximum current for tunnel diodes with positive polarity of the p-area with subsequent minimum current; between the two lies a region of negative resistance.

In F i g. 2 ist wiederum auf der Abszisse die Spannung U, und zwar in Minivolt, und auf der Ordinate der Strom I, und zwar in Ampere, aufgetragen. Die eingetragene Kennlinie bezieht sich auf eine GaAs-Tunneldiode, die für die vorliegende Erfindung geeignet ist. Die Dotierung des p-Gebietes beträgt 1020 cm-3. Der pn-übergang weist eine Fläche von 0,3 mm2 auf; als Dotiersubstanz ist Zink verwendet. Das n-Gebiet wurde durch Auflegieren von Sn nach einem bekannten Verfahren hergestellt. Die Herstellung von GaAs-Tunnel-Dioden nach diesem Verfahren ist auch bereits vorgeschlagen worden. Die Gegenelektrode, die aus den später erwähnten Gründen vollkommen sperrfrei sein und einen möglichst niedrigen Übergangswiderstand aufweisen muß, besteht ebenfalls aus Zinn, dem z. B. etwa 0,1 bis 211/o Zink beigemischt sind.In Fig. 2 is again on the abscissa the voltage U, namely in minivolts, and the current I on the ordinate, namely in amperes. The characteristic curve shown relates to a GaAs tunnel diode, which is used for the present Invention is suitable. The doping of the p-region is 1020 cm-3. The pn junction has an area of 0.3 mm2; zinc is used as the doping substance. The n region was made by alloying Sn by a known method. The production of GaAs tunnel diodes using this method has also already been proposed. The counter-electrode, which for the reasons mentioned later must be completely barrier-free and must have the lowest possible contact resistance, also exists made of tin, the z. B. about 0.1 to 211 / o zinc are added.

In F i g. 3 ist mit 1 eine Gleichstromquelle, mit 2 eine Tunneldiode, mit 3 ein Transformator und mit 4 ein Verbraucher bezeichnet. An Stelle des Verbrauchers kann z. B. eine Gleichrichteranordnung vorgesehen sein, so daß es möglich ist, mit dieser Einrichtung eine verhältnismäßig niedere Gleichspannung in eine höhere Gleichspannung zu transformieren, z. B. zur Versorgung von Geräten mit hohen Gleichspannungen mit Hilfe von Akkumulatoren.In Fig. 3 denotes a direct current source with 1, with 2 a tunnel diode, with 3 a transformer and with 4 a consumer. Instead of the consumer, z. B. a rectifier arrangement can be provided so that it is possible to transform a relatively low DC voltage into a higher DC voltage with this device, for. B. to supply devices with high DC voltages with the help of accumulators.

Die F i g. 4 zeigt ein vereinfachtes Ersatzschaltbild der Einrichtung gemäß F i g. 3, und zwar ist - bei sonst gleicher Bedeutung der Bezugszeichen 1 bis 4 in F i g. 3 - mit 5 die Summe des Innenwiderstandes der Stromquelle 1 und der übrigen ohmschen Serienwiderstände im Primärkreis (R1), mit 6 die Induktivität L des Transformators 3, mit 7 der von der Sekundärseite des Transformators 3 auf dessen Primärseite transformierte ohmsche Widerstand R des Verbrauchers und mit 8 eine Kapazität C bezeichnet, die sich aus der Kapazität des Primärkreises und einer eventuell noch dazugeschalteten Kapazität zusammensetzt.The F i g. 4 shows a simplified equivalent circuit diagram of the device according to FIG. 3, namely - with otherwise the same meaning of the reference number 1 to 4 in FIG. 3 - with 5 the sum of the internal resistance of the power source 1 and of the other ohmic series resistances in the primary circuit (R1), with 6 the inductance L of the transformer 3, with 7 of the secondary side of the transformer 3 on whose primary side transformed ohmic resistance R of the consumer and with 8 denotes a capacitance C, which is derived from the capacitance of the primary circuit and a possibly connected capacity.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung gemäß F i g. 3 ist in F i g. 5 nochmals die Kennlinie einer für die erfindungsgemäße Einrichtung geeigneten Tunneldiode qualitativ dargestellt. Die eingezeichnete Gerade RN stellt einen mittleren Wert des negativen Widerstandes der Kennlinie zwischen den Spannungen UA und UB dar. Bei einer Einrichtung gemäß F i g. 3 werden bekanntlich dann Schwingungen erregt, wenn der Gleichstromarbeitspunkt auf der Kennlinie der -Diode in den Bereich des negativen Widerstandes fällt, also die Gleichspannung Uo zwischen UA und UB liegt, und wenn die Summe aller ohmschen Serienwiderstände im Primärkreis kleiner als RN ist. Denn nur dann ergibt sich ein stabiler Schnittpunkt A der Widerstandsgeraden R mit der Kennlinie im'Bereich"'des negativen Widerstandes. Da durch den Widerständ R1 unerwünschte Verluste auftreten, sollte er im Hinblick auf einen guten Wirkungsgrad - der Wechselrichtüng 'so kldin wie möglich sein. Weiterhin gilt die Forderung, daß der durch die Induktivität L (6), Kapazität C (8) und den Widerstand R (7) gegebene Resonanzwiderstand des- Primärkreises größer ist als der negative Widerstand RN.To explain the mode of operation of the device according to FIG. 3 is in Fig. 5 again shows the characteristic curve of a device suitable for the device according to the invention Tunnel diode shown qualitatively. The straight line RN drawn represents a middle one Value of the negative resistance of the characteristic between the voltages UA and UB represents. In a device according to FIG. 3 is known to excite vibrations, when the DC operating point on the characteristic curve of the diode is in the range of negative resistance falls, i.e. the DC voltage Uo is between UA and UB, and if the sum of all ohmic series resistances in the primary circuit is less than RN is. Because only then is there a stable intersection A of the resistance line R with the characteristic in the 'area' of the negative resistance R1 undesirable losses occur, it should be in terms of good efficiency - The inverter should be as small as possible. Furthermore, the requirement applies that the given by the inductance L (6), capacitance C (8) and the resistance R (7) The resonance resistance of the primary circuit is greater than the negative resistance RN.

Bekanntlich entstehen in einem System gemäß F i g. 3 Sinusschwingungen, wenn und Kippschwingungen, wenn dieser Ausdruck > 1 ist. Im vorliegenden Fall, also zur Erzielung einer Wechselrichtung, ist es zweckmäßig, Sinusschwingungen zu erzeugen. Es ist daher unter Umständen erforderlich, dem Transformator auf der Primär-oder Sekundärseite eine Kapazität parallel zu schalten, um die vorstehende Bedingung zu erfüllen.It is known that in a system according to FIG. 3 sine waves if and breakdown vibrations if this expression is> 1. In the present case, that is, to achieve an alternation, it is expedient to generate sinusoidal oscillations. It may therefore be necessary to connect a capacitance in parallel to the transformer on the primary or secondary side in order to meet the above condition.

Der Strom durch die Tunneldiode und damit auch der Strom durch den Transformator schwingt zwischen den beiden Extremwerten I.ax und Im;". An dem in den Primärkreis transformierten Verbraucherwiderstand R (7) liegt die Spannung U = Uo - UD; dabei ist UD die Spannung an der Tunneldiode, von dem verhältnismäßig kleinen Spannungsabfall an Ri ist abgesehen. Entsprechend ist der Strom durch den Widerstand 7 -U'- UD . Man erhält also den größten Wechselstrom durch den Widerstand 7, wenn R nahezu gleich RN ist, wie aus dem Ersatzschaltbild der F i g. 4 leicht zu entnehmen ist. Dabei ist zu berücksichtigen, daß RN nur einen Mittelwert des negativen Widerstandes darstellt, der keineswegs streng linear verläuft. Es ist daher zweckmäßig, -R etwas größer als RN zu wählen. Vernachlässigt man R1 wählt R ,-:z: RN und und nimmt den fallenden Teil der Kennlinie linear an, wie in F i g. 6 dargestellt, so ist die an den Verbraucher abgegebene Wechselstromleistung mit 10=-I.". und UB -Uo=Uo-UA=Us. Dabei ist -die weitere Annahme .gemacht, daß reine Sinusschwingungen vorliegen. Die Gleichstromleistung, die aufgewendet werden muß, ist gegeben durch N= =IOUo.The current through the tunnel diode and thus also the current through the transformer oscillates between the two extreme values I.ax and Im; ". The voltage U = Uo - UD is applied to the consumer resistance R (7) transformed into the primary circuit; where UD is the Voltage across the tunnel diode, apart from the relatively small voltage drop across Ri. Correspondingly, the current through the resistor 7 is -U'-UD The equivalent circuit diagram in Fig. 4. It must be taken into account that RN only represents an average value of the negative resistance, which is by no means strictly linear. It is therefore advisable to choose -R somewhat larger than RN selects R, -: z: RN and and assumes the falling part of the characteristic line linearly, as in FIG. 6 shows the alternating current power delivered to the consumer with 10 = -I. ". and UB -Uo = Uo-UA = Us. The further assumption is made that pure sinusoidal oscillations are present. The direct current power that must be used is given by N = = IOUo.

Somit gilt für den Wirkungsgrad der Wechselrichtung, der auf Grund der vorgenannten Bedingungen als maximaler Wirkungsgrad anzusprechen ist Aus dem vorstehenden Ausdruck geht hervor, daß der Wirkungsgrad um so größer ist je kleiner UA und je größer UB - UA ist; d. h. daß bei einem vorgegebenen Strom im Strommaximum dieser bei einer möglichst kleinen Spannung liegen und der negative Widerstand möglichst groß, der Strom im Stromminimum möglichst klein sein soll. Dies besagt unter anderem, daß Tunneldioden verwendet werden sollen, die neben einem möglichst kleinen Stromminimum einen möglichst kleinen Bahnwiderstand aufweisen; denn ein großer Bahnwiderstand vergrößert UA verhältnismäßig stark gegenüber UB, und ein verhältnismäßig großer Strom im Minimum ergibt eine verhältnismäßig kleine Spannung UB. Bei idealen Verhältnissen (Bahnwiderstand verschwindend klein und Strom im Minimum gleich Null) ist entspricht ein Wirkungsgrad von etwa 25°/o bis - ungefähr 1/z oder noch kleiner; dem nahezu 50°/o.This means that the efficiency of the reversing direction applies, which is to be referred to as the maximum efficiency due to the aforementioned conditions It can be seen from the above expression that the smaller UA and the greater UB - UA, the greater the efficiency; that is, for a given current in the current maximum, the voltage should be as low as possible and the negative resistance as large as possible, and the current in the current minimum should be as small as possible. Among other things, this means that tunnel diodes should be used which, in addition to the lowest possible current minimum, have the lowest possible path resistance; because a large sheet resistance increases UA relatively strongly compared to UB, and a relatively large current at the minimum results in a relatively small voltage UB. Under ideal conditions (path resistance is negligible and current is at a minimum equal to zero), an efficiency of about 25% corresponds to - about 1 / z or even smaller; the nearly 50%.

Einen kleinen Serienwiderstand erhält man bei hoher Dotierung des Ausgangsmaterials und bei einem guten Gegenkontakt an der Diode. Um ein kleines Stromminimum zu erreichen, empfiehlt sich die Verwendung von Halbleiterkörpern mit großer Breite der verbotenen Zone; bei diesen erreicht man besonders ausgeprägte breite Stromminima. Daher sind die Halbleiterstoffe, die bereits zur Herstellung von Tunneldioden für Gleichrichterzwecke vorgeschlagen worden sind, also z. B. Si, SiC, AlSb, InP, GaP und vor allem GaAs, besonders geeignet.A small series resistance is obtained with high doping of the Starting material and with a good mating contact on the diode. To a little To achieve a minimum current, the use of semiconductor bodies is recommended large width of the forbidden zone; particularly pronounced ones are achieved with these wide current minima. Hence the semiconductor materials that are already used to manufacture have been proposed by tunnel diodes for rectifier purposes, so z. B. Si, SiC, AlSb, InP, GaP and, above all, GaAs, are particularly suitable.

Es wurde oben schon darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäßen Tunneldioden einfache und robuste Bauelemente darstellen. Hinzu kommt, daß wegen der bei Tunneldioden erforderlichen hohen Dotierung des Halbleitermaterials keine Oberflächeneffekte, wie z. B. bei Transistoren, auftreten. Auch die Herstellungsverfahren sind wesentlich billiger als bei den meisten anderen Halbleiterelementen, da an die Reindarstellung wesentlich geringere Anforderungen gestellt werden. Von weiterer Wichtigkeit ist der Umstand, daß die erfindungsgemäß besonders vorteilhaften Halbleitermaterialien mit großer Breite der verbotenen Zone eine im allgemeinen vernachlässigbare Temperaturabhängigkeit ergeben. Bei einer erfindungsgemäßen Tunneldiode aus GaAs ändert sich z. B. das Strommaximum im Temperaturbereich zwischen 100 und 450° K um weniger als 20°/o.It has already been pointed out above that the inventive Tunnel diodes represent simple and robust components. In addition, because of the high doping of the semiconductor material required in tunnel diodes Surface effects, such as B. in transistors occur. Also the manufacturing process are much cheaper than most other semiconductor elements because of the pure display significantly lower requirements are made. From another What is important is the fact that the semiconductor materials which are particularly advantageous according to the invention with a large width of the forbidden zone a generally negligible temperature dependence result. In a tunnel diode made of GaAs according to the invention z. B. that Current maximum in the temperature range between 100 and 450 ° K by less than 20%.

Der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Einrichtung kann noch erhöht werden, wenn man zwei Tunneldioden in an und für sich bekannten Gegentaktschaltungen verwendet, wie sie in den F i g. 7, 8, 10 und 11 angegeben sind. In F i g. 7 ist mit 11 die Gleichstromquelle, mit 12 und 13 sind die beiden Tunneldioden, mit 14 ist ein Transformator und mit 15 ein Verbraucher bezeichnet. Die Dioden sind gleichstrommäßig parallel geschaltet. Es werden zweckmäßigerweise Dioden mit möglichst übereinstimmenden Kennlinien und - wie auch im Falle einer Einrichtung gemäß F i g. 3 - mit möglichst breitem Stromminimum verwendet. Die Gleichspannung (U0) wird so gewählt, daß der Gleichstromarbeitspunkt in der Nähe des Fußpunktes des negativen Teiles der Kennlinien liegt. Bei einer Kennlinie gemäß F i g. 5 sollte U0 ungefähr gleich UB, sein. Wechselstrommäßig sind die Dioden in Gegenkontakt geschaltet. F i g. 9 zeigt qualitativ die Kennlinie für den durch den Transformator fließenden Wechsel-Strom (1,.,) in Abhängigkeit von der an den beiden Primärwicklungen 16 und 17 liegenden Wechselspannung (U,..) mit dem Gleichstromarbeitspunkt als Mittelpunkt. Die nicht erfaßten Kennlinienteile sind gestrichelt angedeutet.The efficiency of the device according to the invention can be increased if two tunnel diodes are used in push-pull circuits known per se, as shown in FIGS. 7, 8, 10 and 11 are indicated. In Fig. 7 with 11 is the direct current source, with 12 and 13 are the two tunnel diodes, with 14 a transformer and with 15 a consumer. The diodes are connected in parallel for direct current. It is expedient to use diodes with characteristics that match as closely as possible and - as in the case of a device according to FIG. 3 - used with the widest possible current minimum. The DC voltage (U0) is chosen so that the DC operating point is close to the base point of the negative part of the characteristic curves. With a characteristic according to FIG. 5 U0 should be approximately equal to UB . In terms of alternating current, the diodes are connected in mating contact. F i g. 9 qualitatively shows the characteristic curve for the alternating current (1,.,) Flowing through the transformer as a function of the alternating voltage (U,. The parts of the characteristic curve that are not recorded are indicated by dashed lines.

In F i g. 8 ist ein vereinfachtes -Ersatzschaftbild für die Einrichtung gemäß F i g. 7 dargestellt. Unter Berücksichtigung der obigen Ausführungen zur F i g. 4 bedarf diese Figur keiner weiteren Erläuterung. Auch für die Bedingungen zur 'Erreichung eines optimalen Wirkungsgrades der- Wechselrichtung gelten die obigen überlegungen sinngemäß: Und zwar erhält man unter den entsprechend 'vereinfachenden Annahmen für die Wechselstromleistung und für die Gleichspannungsleistung und damit einen Wirkungsgrad Da US2 - 2 US ist, ist der Wirkungsgrad bei Gegentaktschaltung etwa 1,Smal so groß wie bei entsprechender einfacher Schaltung, vorausgesetzt, daß Dioden mit gleicher Kennlinie verwendet werden. Man erhält also einen Wirkungsgrad von etwa 40 bis 70'%.In Fig. 8 is a simplified substitute image for the device of FIG. 7 shown. Taking into account the above remarks on FIG. 4, this figure does not need any further explanation. The above considerations also apply analogously to the conditions for 'achieving an optimal degree of efficiency of the inverter: and, under the corresponding' simplifying assumptions for the alternating current power are obtained and for the DC power and thus an efficiency Since US2 - 2 US is the efficiency in push-pull configuration about 1, Smal is as large as a corresponding simple circuit, provided that diodes are used with the same characteristic. So you get an efficiency of about 40 to 70%.

Die in den F i g. 10 und 11 angegebenen Prinzip-Schaltbilder weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung entsprechen ebenfalls an und für sich bekannten Gegentaktschaltungen. Gegenüber einer Einrichtung gemäß F i g. 7 besteht der Unterschied im wesentlichen darin, daß hier die Dioden gleichstrommäßig hintereinander und wechselstrommäßig parallel geschaltet sind. Im übrigen sind der Einfachheit halber die Bezugszeichen der F i g. 7 entsprechend übernommen worden. Die beiden Gleichstromquellen in F i g. 10 sind mit 11 a und 11 b bezeichnet.The in the F i g. 10 and 11 given schematic circuit diagrams of further exemplary embodiments of the invention likewise correspond to push-pull circuits which are known per se. Compared to a device according to FIG. 7, the difference is essentially that here the diodes are connected in series with one another in terms of direct current and in parallel in terms of alternating current. Otherwise, for the sake of simplicity, the reference numerals in FIG. 7 has been adopted accordingly. The two direct current sources in FIG. 10 are denoted by 11 a and 11 b.

In F i g. 11 ist die Primärseite des Transformators 14 über den Kondensator 18 angekoppelt. Die Einrichtungen gemäß F i g. 10 und 11 ermöglichen es, die zulässige Gleichspannung zu erhöhen. Im übrigen gilt auch für diese Gegentaktschaltungen das zu der Einrichtung gemäß F i g. 7 Gesagte sinngemäß.In Fig. 11 is the primary side of transformer 14 across the capacitor 18 coupled. The facilities according to FIG. 10 and 11 allow the permissible Increase DC voltage. Incidentally, this also applies to these push-pull circuits to the device according to FIG. 7 what has been said accordingly.

Es ist noch darauf hinzuweisen, daß die schon oben erwähnte Forderung nach Tunneldioden mit möglichst breitem Minimum bei Gegentaktschaltungen von besonderer Bedeutung ist. Bezogen auf die Darstellung in F i g. 6 soll der Spannungsbereich UC-UB, in - dem der Strom einen im Vergleich zum Strommaximum sehr kleinen Wert hat, größer sein als der Bereich UB-UA.It should also be pointed out that the above-mentioned requirement after tunnel diodes with the broadest possible minimum with push-pull circuits of particular Meaning is. With reference to the representation in FIG. 6 should be the voltage range UC-UB, in which the current has a very small value compared to the current maximum has to be larger than the UB-UA area.

Claims

Claims: 1. Device for converting direct current into alternating current, in which one or more tunnel diodes are used as an essential element, whose negative resistance is used to generate vibrations, thereby marked that one Tunnel diode rides the DC voltage source and a transformer on its secondary side. Connected consumer is connected in series and-the dimensioning is chosen so that the sum of the ohmic Series resistances in the primary circuit smaller and the on. transformed the primary side .ohm resistance of the consumer is greater than the negative resistance of the tunnel diode. and that also the voltage of the direct current source and the characteristic of the tunnel diode are matched so that the DC voltage is in the range of negative resistance lies. _.

2. Device according to claim 1, characterized in that the primary side of the transformer has a capacitance -connected in parallel and the dimensioning is chosen so that. where RN is the mean negative resistance of the tunnel diode,, L is the inductance of the transformer, C is the sum of the connected and the self-capacitance of the primary circuit.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that a tunnel diode is used in which - at a given current at the maximum - the current maximum at the lowest possible voltage and the negative resistance as large as possible, the current in the current minimum is as small as possible.

4 .. device according to one of the preceding Claims, characterized in that to increase the efficiency and / or to er-. . increase of the permissible DC voltage two tunnel diodes in one per se known push-pull circuit are provided (Fig. 7, 8, 10 and 11).

5. Establishment according to claim 4, characterized in that the diodes coincide as closely as possible Characteristic curves and .have the widest possible current minimum.

6. Set up after one of claims 1 to 5, characterized in that tunnel diodes from one Semiconductors with a relatively large width of the forbidden zone, e.g. B, Si, SiC, AlSb, InP or GaP, in particular GaAs, are provided.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that a thermoelectric generator is provided as a direct current source. B. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that an electrolytic cell or an accumulator is provided as the direct current source. Considered publications: "Electronics" of November 27, 1959, p.64.