DE1058560B

DE1058560B - Circuit and design of a semiconductor diode amplifier

Info

Publication number: DE1058560B
Application number: DER20088A
Authority: DE
Inventors: Dr Jean Jules Achill Robillard
Original assignee: DR JEAN JULES ACHILLE ROBILLARD
Current assignee: DR JEAN JULES ACHILLE ROBILLARD
Priority date: 1955-11-29
Filing date: 1956-11-26
Publication date: 1959-06-04
Also published as: FR1165558A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft eine Verstärkeranordnung unter Verwendung von Halbleiterdioden, wie sie unter dem Namen »Diodenverstärker« bekannt ist.The invention relates to an amplifier arrangement using semiconductor diodes as described under known as "diode amplifier".

Die Verwendung von Halbleiterdioden zu Verstärkerzwecken ist bekannt. Man macht sich dabei den Effekt zunutze, daß die durch einen Strom in einer Halbleiterdiode erzeugten Ladungsträger nach Aufhören des Stromes nicht sofort verschwinden. Diese »Ionisation« des Halbleiters infolge der noch nicht rekombinierten Ladungsträger ermöglicht einen relativ starken Strom in Sperrichtung der Diode, wenn in dieser Zeit eine Spannung in Sperrichtung angelegt wird. Die Größe dieses Sperrstromes hängt von der Größe des vorhergegangenen Stromes in Durchlaßrichtung ab. Da der Eingangskreis niederohmig und der Ausgangskreis hochohmig ist, kann also eine Leistungsverstärkung erreicht werden.The use of semiconductor diodes for amplifier purposes is known. You make yourself the Benefit effect that the charge carriers generated by a current in a semiconductor diode after cessation of the current does not immediately disappear. This "ionization" of the semiconductor as a result of the not yet recombined charge carriers allows a relatively strong current in the reverse direction of the diode when in this time a voltage is applied in the reverse direction. The size of this reverse current depends on the Size of the previous current in the forward direction. Since the input circuit has low resistance and the output circuit is high impedance, so a power gain can be achieved.

Zur Erzeugung der Spannungsimpulse in Sperrrichtung ist bei den bekannten Schaltungen im allgemeinen ein Rechteckspannungsgeneratar vorgesehen, der auf Frequenzen von der Größenordnung von 1 MHz arbeitet. Zur Erzeugung des Ionisierungsstromes wird eine Spannung in Durchlaßrichtung über eine weitere Diode angekoppelt, die dazu dient, die Sperrspannungsimpulse vom Eingangskreis fernzuhalten. Die Quelle für die zu verstärkenden Impulse liegt in dem Kreis Halbleiterdiode — Sperrdiode, die Quelle für die hochfrequenten Impulse in Sperrichtung liegt in dem Kreis Halbleiterdiode — Arbeitswiderstand. To generate the voltage pulses in the reverse direction is in the known circuits in general a square-wave voltage generator is provided which operates on frequencies of the order of magnitude of 1 MHz works. To generate the ionization current, a voltage is applied in the forward direction Another diode is coupled, which is used to keep the reverse voltage pulses away from the input circuit. The source for the pulses to be amplified lies in the circuit semiconductor diode - blocking diode, the The source for the high-frequency impulses in the reverse direction is in the semiconductor diode - working resistance circuit.

Die bekannten Diodenverstärker arbeiten im allgemeinen bei mäßig hohen Frequenzen zufriedenstellend. In diesem Bereich ist aber auch eine Verstärkung durch Transistoren möglich und infolge deren einfacher Schaltung zweckmäßiger. Prinzipiell ist der Diodenverstärker zwar auch für sehr hohe Frequenzen geeignet; ein zufriedenstellendes Arbeiten der bekannten Schaltungen war jedoch bisher vor allem deshalb nicht zu erreichen, da es nicht gelang, die verteilten Kapazitäten der Schaltung klein genug zu halten.The known diode amplifiers generally operate satisfactorily at moderately high frequencies. In this area, however, amplification by means of transistors is also possible and, as a result, simpler Circuit more appropriate. In principle, the diode amplifier is also suitable for very high frequencies suitable; However, the known circuits have so far been able to work satisfactorily primarily for this reason not to be achieved because it was not possible to keep the distributed capacitances of the circuit small enough.

Durch die Erfindung sollen diese Nachteile vermieden und eine Schaltung angegeben werden, die auch bei sehr hohen Frequenzen (bis etwa 2000 MHz) einwandfrei arbeitet. Gemäß der Erfindung ist eine Diodenverstärkerschaltung unter Verwendung einer Halbleiterdiode, die durch einen Stromimpuls in Durchlaßrichtung (Ionisierimpuls) ionisiert wird, während anschließend daran der Diode einen Impuls in Sperrichtung (Abtastimpuls) zur Erzeugung eines verstärkten Ausgangssignals zugeführt wird, wobei der Ionisierimpuls im Eingangskreis und der Abtastimpuls im Ausgangskreis fließt und die Diode in Basisschaltung beiden Kreisen gemeinsam ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsquelle (n) sowohl für Schaltung und Ausbildung
eines Halbleiterdioden -VerstärkersThe invention is intended to avoid these disadvantages and to provide a circuit which works properly even at very high frequencies (up to about 2000 MHz). According to the invention is a diode amplifier circuit using a semiconductor diode which is ionized by a current pulse in the forward direction (ionizing pulse), while then the diode is supplied with a pulse in the reverse direction (scanning pulse) to generate an amplified output signal, the ionizing pulse in the input circuit and the Sampling pulse flows in the output circuit and the diode in the basic circuit is common to both circuits, characterized in that the pulse source (s) both for circuit and training
a semiconductor diode amplifier

Anmelder:Applicant:

Dr. Jean Jules Achille Robillard,
Stockholm -VallingbyDr. Jean Jules Achille Robillard,
Stockholm -Vallingby

Vertreter: Dr.-Ing. B. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6Representative: Dr.-Ing. B. Sommerfeld, patent attorney,
Munich 23, Dunantstr. 6th

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 29. November 1955Claimed priority:
V. St. v. America November 29, 1955

Dr. Jean Jules Achille Robillard, Stockholm-Vallingby, ist als Erfinder genannt wordenDr. Jean Jules Achille Robillard, Stockholm-Vallingby, has been named as the inventor

^a5 die Ionisierimpulse als auch für die Abtastimpulse in einem Teil der Schaltung liegen, der dem Eingangsund dem Ausgangskreis gemeinsam ist. ^a 5, the ionization pulses and the sampling pulses lie in a part of the circuit that is common to the input and output circuit.

Zum Verstehen des Erfindungsgedankens wird auf die physikalischen Grundlagen des Diodenverstärkers an Hand der Figuren näher eingegangen werden.To understand the idea of the invention, reference is made to the physical principles of the diode amplifier will be discussed in more detail on the basis of the figures.

Die Erfindung erstreckt sich ferner auf die Ausbildung eines geeigneten Halbleiterelements zur Verwendung im Diodenverstärker. -The invention also extends to the formation of a suitable semiconductor element for use in the diode amplifier. -

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden. In den Zeichnungen bedeutetThe invention will now be described in detail with reference to the drawings. In the drawings means

Fig. 1 ein Schaltbild eines üblichen Triodentransistorverstärkers, Fig. 1 is a circuit diagram of a conventional triode transistor amplifier,

Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltbild zur Erklärung der Wirkungsweise eines Diodenverstärkers,2 shows a simplified circuit diagram for explaining the mode of operation of a diode amplifier,

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild des Diodenverstärkers gemäß der Erfindung,Fig. 3 is a schematic circuit diagram of the diode amplifier according to the invention,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Halbleiterelements,4 shows a side view of a semiconductor element according to the invention,

Fig. 5 ein Schaltbild mehrerer in Kaskade geschalteter erfindungsgemäßer Verstärkerstufen,5 shows a circuit diagram of several amplifier stages according to the invention connected in cascade,

Fig. 6 ein detailliertes Schaltbild für eine Schaltungseinheit aus Fig. 3 und 5 und6 shows a detailed circuit diagram for a circuit unit from FIGS. 3 and 5 and

Fig. 7 ein der Veranschaulichung der Erfindung dienendes Impulsverlaufdiagramm.Figure 7 is a timing diagram used to illustrate the invention.

Im vorstehenden und im folgenden ist die Bezeichnung Ionisation für die Erzeugung von beweglichen Ladungsträgern, d. h. von Elektronen oder von Löchern, im Halbleitermaterial benutzt. Die DichteIn the foregoing and in the following, the term ionization is used to denote the generation of movable ones Load carriers, d. H. of electrons or holes, used in semiconductor material. The concentration

909 529/309909 529/309

der Ladungsträger ändert sich dabei mit der Amplitude des Spanmingsimpulses, welcher dem Halbleiterkörper zugeführt wird.the charge carrier changes with the amplitude of the clamping pulse, which the semiconductor body is fed.

Ln Fig. 1 stellt 10 einen gewöhnlichen Transistor dar mit einem Körper 9 aus Halbleitermaterial, einer Basiselektrode 11, einer Emitterelektrode 12 und einer Kollektorelektrode 13. Zwischen Basis und Emitter liegt die Reihenschaltung aus einer Spannungsquelle 14 und einem Eingangswiderstand 15. Die Spannungsquelle 14 ist so gepolt, daß der Strom aus der Quelle über den Widerstand 15, den Emitter 12, den Körper 9 des Transistors und die Basis 11 zur Quelle zurückfließt, wie es durch den Pfeil 16 angedeutet ist. Zwischen Kollektor und Basis liegt die Reihenschaltung aus einem Lastwiderstand 17 und einer weiteren Spannungsquelle 18. Die Quelle 18 ist so gepolt, daß (entsprechend dem Pfeil 19) ein Strom von der Quelle über die Basis, den Körper des Transistors, den Kollektor und den Lastwiderstand 17 zur Quelle zurückfließt. Schließlich sind je zwei Eingangsklemmen20,21 und Ausgangsklemmen 22,23 vorgesehen, zwischen denen der Eingangswiderstand 15 bzw. der Lastwiderstand 17 liegen. Die Anordnung ist unter dem Namen »Basisschaltung« oder »Transistorschaltung mit geerdeter Basis« bekannt.In Fig. 1, 10 represents an ordinary transistor Dar with a body 9 made of semiconductor material, a base electrode 11, an emitter electrode 12 and a Collector electrode 13. The series circuit of a voltage source is located between the base and the emitter 14 and an input resistor 15. The voltage source 14 is polarized so that the current from the source flows back to the source via resistor 15, emitter 12, body 9 of the transistor and base 11, as indicated by arrow 16. There is a series connection between the collector and the base from a load resistor 17 and a further voltage source 18. The source 18 is polarized so that (corresponding to the arrow 19) a current from the source through the base, the body of the transistor, the collector and the load resistor 17 flows back to the source. Finally, there are two input terminals 20, 21 each and output terminals 22, 23 are provided, between which the input resistor 15 or the load resistor 17 lying. The arrangement is called "basic circuit" or "transistor circuit with grounded Basis «known.

Die Verstärkungseigenschaften des Transistors nach Fig. 1 lassen sich vereinfacht wie folgt erklären. Die Spannung v_e zwischen Emitter und Kollektor erzeugt im Transistorkristall einen bestimmten Ionisationszustand. Dieser äußert sich gegenüber dem Kollektorkreis als ein Innenwiderstand im Transistorkristall. Der Betrag dieses Transistorinnenwiderstandes ist durch den Pegel gegeben, bis zu welchem der Transistor durch die Spannung im Emitterkreis ionisiert wird. Die Spannung v_e im Kollektorkreis ruft einen Kollektorstrom i_c hervor, dessen Größe vom Innenwiderstand des Transistors abhängt. Der Kollektorstrom ruft seinerseits am Lastwiderstand 17 eine entsprechende Ausgangsspannung hervor. Aus dem Gesagten wird ersichtlich, daß, wenn man den Wert der Emitterspannung v_e mit Hilfe eines über die Klemmen 20, 21 zugeführten Eingangssignals verändert, der Ionisationszustand des Transistors und entsprechend der Transistorinnenwiderstand der Takte dieses Eingangssignals schwanken, was zur Folge hat, daß die Ausgangsspannung an den Klemmen 22,23 die Schwankungen des Eingangssignals in verstärkter Form wiedergibt.The amplification properties of the transistor according to FIG. 1 can be explained in a simplified manner as follows. The voltage v _e between emitter and collector creates a certain ionization state in the transistor crystal. This manifests itself in relation to the collector circuit as an internal resistance in the transistor crystal. The amount of this internal transistor resistance is given by the level up to which the transistor is ionized by the voltage in the emitter circuit. The voltage v _e in the collector circuit causes a collector current i _c , the size of which depends on the internal resistance of the transistor. The collector current in turn causes a corresponding output voltage at the load resistor 17. From what has been said, it can be seen that if the value of the emitter voltage v _{e is changed} with the aid of an input signal supplied via the terminals 20, 21, the state of ionization of the transistor and, accordingly, the internal transistor resistance of the clocks of this input signal fluctuate, with the result that the Output voltage at terminals 22,23 reproduces the fluctuations in the input signal in amplified form.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Diodenverstärkers; gegenüber der Schaltung nach Fig. 1 bestehen dabei folgende Unterschiede: Der Transistor ist durch eine Diode 30 mit einem Körper 31 aus Halbleitermaterial sowie einer Basis- oder Sperrelektrode 32 und einer Emitter-oder Durchlaßelektrode 33 ersetzt. Der Körper 31 besteht aus einem veränderlieh ionisierbaren Halbleitermaterial, das die Eigenschaft hat, den Strom in der Durchlaßrichtung vom Emitter 33 zur Basis 32 besser zu leiten als in der Sperrichtung von der Basis 32 zum Emitter 33. Der Körper 31 kann aus einem einfachen Germaniumkristall, wie er in den bekannten Kristalldetektoren verwendet wird, bestehen. Man kann für den Körper 31 jedoch auch ein übliches Transistorenmaterial verwenden. Ferner ist eine durch den Schalter 35 angedeutete Schaltvorrichtung im Eingangskreis, beispielsweise zwischen dem Widerstand 15 und der Elektrode 33, und eine weitere, durch den Schalter 36 angedeutete Schaltvorrichtung im Ausgangskreis, beispielsweise zwischen der Elektrode 33 und dem Lastwiderstand 17, vorgesehen.Fig. 2 shows a schematic circuit diagram of a diode amplifier; Compared to the circuit according to FIG. 1, the following differences exist: The transistor is by a diode 30 with a body 31 made of semiconductor material and a base or blocking electrode 32 and an emitter or pass electrode 33 replaced. The body 31 consists of a variable ionizable semiconductor material which has the property of carrying current in the forward direction from Better to conduct emitter 33 to base 32 than in the reverse direction from base 32 to emitter 33. The Body 31 can consist of a simple germanium crystal, as it is in the known crystal detectors is used. However, a conventional transistor material can also be used for the body 31. Furthermore, a switching device indicated by the switch 35 is in the input circuit, for example between the resistor 15 and the electrode 33, and another, indicated by the switch 36 Switching device in the output circuit, for example between the electrode 33 and the load resistor 17, provided.

Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2 ist wie folgt: Angenommen, es herrsche ein Anfangszustand, bei dem die Eingangssignalspannung zwischen den Klemmen 20 und 21 Null beträgt und beide Schalter 35 und 36 geöffnet sind. Als erster Schritt wird nunmehr der Schalter 35 kurzdauernd geschlossen. Dadurch wird aus der Quelle 14 ein Spannungsimpuls auf die Diode gegeben, und zwar in Durchlaßrichtung. Dieser Impuls ist genügend stark, um eine innere Ionisation des Halbleiterkörpers zu bewirken. Da die Ausbildung der Ionisation eine gewisse Trägheit aufweist, bleibt der Schalter 35 mindestens so lange geschlossen, wie der Halbleiter braucht, bis sein lonisationspegel in einen stabilen Zustand gelangt ist. In diesem stabilen Zustand besteht zwischen dem lonisationspegel und der angelegten Ionisierspannung eine funktionelle Abhängigkeit.The mode of operation of the circuit according to FIG. 2 is as follows: Assuming that there is an initial state, where the input signal voltage between terminals 20 and 21 is zero and both Switches 35 and 36 are open. As a first step, the switch 35 is now closed briefly. As a result, a voltage pulse is applied to the diode from the source 14, specifically in the forward direction. This pulse is strong enough to cause internal ionization of the semiconductor body. Since the formation of the ionization has a certain inertia, the switch 35 remains at least that way closed as long as the semiconductor needs until its ionization level has reached a stable state. In this stable state there is a voltage between the ionization level and the applied ionization voltage functional dependence.

Nach Erreichen des stabilen Ionisationszustandes wird der Schalter 35 geöffnet. Daraufhin fällt jedoch der lonisationspegel nicht sofort auf den Nullwert zurück. Vielmehr ergibt sich eine endliche Verweilzeit, während welcher der erreichte lonisationspegel nur sehr wenig absinkt. Das bedeutet, daß nach öffnung des Schalters 35 ein Zeitintervall besteht, währenddessen der Halbleiterkörper den Wert der zuvor angelegten Ionisierspannung »im Gedächtnis« behält, so daß auf diese Weise eine Nachricht mit Hilfe der noch verweilenden Ionisation vorübergehend gespeichert wird.After the stable ionization state has been reached, the switch 35 is opened. But then it falls the ionization level does not immediately return to the zero value. Rather, there is a finite dwell time, during which the ionization level reached drops only very slightly. That means that after opening of the switch 35 there is a time interval during which the semiconductor body has the value of the previously applied Ionization voltage "in memory", so that in this way a message with the help of the lingering ionization is temporarily stored.

Innerhalb dieses Speicherintervalls wird der Schalter 36 kurzdauernd geschlossen. Dadurch wird von der Quelle 18 ein Spannungsimpuls auf die Diode 30 gegeben, und zwar in Sperrichtung. Dieser »Abtastimpuls« hat zur Folge, daß durch den Ausgangskreis ein Stromimpuls fließt, dessen Wert durch den Innenwiderstand der Diode 30 gegeben ist. Dieser Stromimpuls erzeugt somit an den Klemmen 22,23 eine Ausgangsspannung, deren Wert eine Funktion des Ionisationspegels ist, auf den der Halbleiterkörper durch die zuvor angelegte Ionisierspannung gebracht worden ist.The switch 36 is closed briefly within this storage interval. This means that the Source 18 applied a voltage pulse to diode 30, in reverse direction. This "sampling pulse" As a result, a current pulse flows through the output circuit, the value of which is determined by the internal resistance the diode 30 is given. This current pulse thus generates a at terminals 22, 23 Output voltage, the value of which is a function of the ionization level to which the semiconductor body applies has been brought by the previously applied ionization voltage.

Gibt man nun in die Klemmen 20, 21 ein Eingangssignal, das während des Intervalls, da der Schalter 35 geschlossen ist, am Widerstand 15 eine entsprechende Spannung hervorruft, so wird dadurch die der Diode zugeleitete Ionisierspannung gleich der algebraischen Summe aus der von der Quelle 14 gelieferten konstanten Spannungskomponente und der durch das Eingangssignal gelieferten (variablen) Spannungskomponente. Daraus folgt, daß während des anschließenden Zeitintervalls, da der Schalter 35 geöffnet und der Schalter 36 zwecks Abtastung des Diodenwiderstandes geschlossen ist, die Ausgangsspannung an den Klemmen 22, 23 der algebraischen Summe aus der von der konstanten Ionisiervorspannung abhängigen konstanten Spannungskomponente und der von der durch das Eingangssignal gelieferten Ionisier spannung abhängigen (variablen) Spannungskomponente entspricht. Die Stromspannungsbeziehungen zwischen Ein- und Ausgangskreis der Schaltung sind beispielsweise so, daß die letzterwähnte Ausgangssignalkomponente einer verstärkten Version des den Klemmen 20, 21 zugeführten Eingangssignals entspricht.If you now give an input signal to terminals 20, 21, during the interval when the switch 35 is closed, a corresponding one at the resistor 15 Causes voltage, then the ionizing voltage applied to the diode becomes equal to the algebraic one Sum of the constant voltage component supplied by the source 14 and that by the input signal supplied (variable) voltage component. It follows that during the subsequent Time interval since the switch 35 is opened and the switch 36 for the purpose of sampling the diode resistance is closed, the output voltage at terminals 22, 23 is the algebraic sum of the from the constant voltage component dependent on the constant ionization bias and that of the through the ionizing voltage-dependent (variable) voltage component supplied corresponds to the input signal. The current-voltage relationships between the input and output circuit of the circuit are for example so that the last-mentioned output signal component of an amplified version of the terminals 20, 21 supplied input signal corresponds.

Bisher wurde lediglich ein einzelner Schaltvorgang im Schalter 35 und ein darauffolgender einzelner Schaltvorgang im Schalter 36 betrachtet. Es ist jedoch klar, daß man die Schalter auch dauernd abwechselnd betätigen kann. Dadurch wird die auf die Diode gekoppelte Ionisierspannung in die Form einer Folge von gleichgerichteten Impulsen, die durch die Ioni-So far, only a single switching process in switch 35 and a subsequent individual one Switching process in switch 36 is considered. It is clear, however, that the switches can also be rotated continuously can operate. This turns the ionizing voltage coupled to the diode into the form of a sequence of rectified pulses generated by the ionic

sationsverweilzeit der Diode nicht überschreitende Zeitintervalle voneinander getrennt sind, gebracht. Diese gleichgerichteten Ionisierimpulse halten die Diode in einem mehr oder weniger permanenten Ionisationszustand. Dabei können die gleichgerichteten Ionisierimpulse als Trägerimpulse aufgefaßt werden, die durch das den Klemmen 20,21 zugeleitete Eingangssignal amplitudenmoduliert werden. Daraus folgt, daß das Ausgangssignal an den Klemmen 22,23 die Form einer Folge von gleichgerichteten Impulsen annimmt, die zeitlich zwischen den Ionisierimpulsen liegen und in der gleichen Weise amplitudenmoduliert sind wie die Ionisierimpulse, so daß der Modulationsinhalt oder die Hüllkurve der Ausgangsimpulse einer verstärkten Version des Eingangssignals entspricht.sation dwell time of the diode not exceeding time intervals are separated from each other, brought. These rectified ionization pulses keep the diode in a more or less permanent ionization state. The rectified ionization pulses can be interpreted as carrier pulses can be amplitude-modulated by the input signal fed to terminals 20, 21. It follows, that the output signal at terminals 22, 23 takes the form of a series of rectified pulses, which lie temporally between the ionization pulses and are amplitude-modulated in the same way are like the ionizing pulses, so that the modulation content or the envelope of the output pulses is a amplified version of the input signal.

Fig. 3 zeigt nun das Prinzip der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die hochfrequenten Ionisierimpulse und Abtastimpulse mittels eines rein elektrischen Schaltvorganges gewonnen werden. Bei dieser Anordnung ist der Schalter 35 nach Fig. 2 durch eine nur in einer Richtung leitende Vorrichtung 40 ersetzt, die in den Eingangskreis, beispielsweise zwischen den Widerstand 15 und den Emitter 33, so geschaltet ist, daß sie den Strom in Richtung nach dem Emitter durchläßt, dagegen den Stromfluß vom Emitter zum Widerstand sperrt. Diese Vorrichtung 40 kann beispielsweise eine Halbleiterdiode sein. Ebenso ist der Schalter 36 nach Fig. 2 durch eine nur in einer Richtung leitende Vorrichtung 41 ersetzt, die in den Ausgangskreis, beispielsweise zwischen den Emitter 33 und den Lastwiderstand 17, so geschaltet ist, daß sie den Strom in Richtung vom Emitter zum Lastwiderstand durchläßt, dagegen den Stromfluß vom Lastwiderstand zum Emitter der Diode 30 sperrt. Die Vorrichtung 41 kann ebenfalls eine Halbleiterdiode sein.Fig. 3 now shows the principle of the arrangement according to the invention, in which the high-frequency ionization pulses and sampling pulses are obtained by means of a purely electrical switching process. With this arrangement the switch 35 of FIG. 2 is replaced by a device 40 which is conductive only in one direction and which is shown in FIG the input circuit, for example between the resistor 15 and the emitter 33, is connected so that it the current in the direction of the emitter passes, on the other hand, the current flow from the emitter to the resistor locks. This device 40 can be, for example, a semiconductor diode. Likewise, the switch 36 is after Fig. 2 is replaced by a device 41 which is conductive only in one direction and which is in the output circuit, for example between the emitter 33 and the load resistor 17, is connected so that the current in The direction from the emitter to the load resistor lets through, on the other hand the current flow from the load resistor to the Emitter of diode 30 blocks. The device 41 can also be a semiconductor diode.

Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung gemäß der Erfindung unterscheidet sich von der Schaltung nach Fig. 2 ferner in folgender wichtiger Beziehung. In Fig. 2 liegt die Stromquelle für den Ionisierungsstrom, d. h. die Batterie 14, lediglich im Diodeneingangskreis. Die durch die Batterie 18 dargestellte Stromquelle des die Diode durchsetzenden Abtast- oder Meßstromes liegt nur im Diodenausgangskreis. In Fig. 3 liegt dagegen die gemeinsame Quelle der Ionisierungsimpulse und der Meßimpulse in demjenigen Stromzweig, der dem Eingangskreis und dem Ausgangskreis der Verstärkerdiode gemeinsam ist. Es wurde nämlich gefunden, daß die Schaltung nach Fig. 3 dadurch mit erheblich höheren Frequenzen betrieben werden kann als die bekannten Schaltungen, wie z. B. die Schaltung nach Fig. 2, da bei Anordnung der Impulsquelle bzw. Impulsquellen in dem gemeinsamen Stromzweig die verteilten Kapazitäten erheblich verringert werden.The circuit according to the invention shown in FIG. 3 differs from the circuit 2 also in the following important relationship. In Fig. 2 is the power source for the Ionization current, d. H. the battery 14, only in the diode input circuit. The by the battery 18 of the current source of the scanning or measuring current passing through the diode is only in the diode output circuit. In Fig. 3, however, the common source of the ionization pulses and the measuring pulses is in that branch of the current which is the input circuit and is common to the output circuit of the amplifier diode. Namely, it has been found that the circuit according to FIG. 3 can thereby be operated at considerably higher frequencies than the known ones Circuits such as B. the circuit of FIG. 2, since the arrangement of the pulse source or pulse sources in the common branch the distributed capacities can be reduced considerably.

Die Schaltung nach Fig. 3 unterscheidet sich von der nach Fig. 2 schließlich darin, daß die Spannungsquellen 14,18 nach Fig. 2 durch eine einzige Quelle yon entgegengesetzt gepolten Impulsen ersetzt sind; und zwar ist diese Impulsquelle zwischen die Basis 32 und die mit den Klemmen 20 und 22 bzw. den unteren Enden der Widerstände 15 und 17 verbundene Erdleitung 42 geschaltet. Diese Impulsquelle kann bestehen aus einer Quelle 43 hochfrequenter Schwingungen mit beispielsweise einem Oszillator (nicht gezeigt) und Verstärkerstufen (ebenfalls nicht gezeigt) sowie einer über Leitungen 46,47 angeschlossenen Begrenzerstufe 44, welche die Schwingungen in einer geeigneten (später ausführlicher zu beschreibenden) Weise beschneidet. Der Ausgang der Begrenzerstufe ist über eine geerdete Leitung 48 und eine weitere Leitung 49 auf den Widerstand 45 gekoppelt und liegt somit zwischen der Basis 32 und der Erdleitung 42.The circuit according to FIG. 3 finally differs from that according to FIG. 2 in that the voltage sources 14, 18 according to FIG. 2 is replaced by a single source of pulses of opposite polarity are; this pulse source is between the base 32 and the terminals 20 and 22 or the ground line 42 connected to the lower ends of the resistors 15 and 17 is connected. This source of impulse can consist of a source 43 of high-frequency oscillations with, for example, an oscillator (not shown) and amplifier stages (also not shown) and one connected via lines 46, 47 Limiter stage 44, which controls the vibrations in a suitable (to be described in more detail later) Wise circumcised. The output of the limiter stage is via a grounded line 48 and another Line 49 is coupled to resistor 45 and is thus between base 32 and ground line 42.

Die Begrenzerstufe 44 kann als Impulsgenerator üblicher Schaltung so ausgebildet sein, daß sie abwechselnd Impulse von entgegengesetzter Polarität liefert, wobei Anfang und Ende der ungeradzahligen Impulse jeweils durch ein kurzes, jedoch endliches Zeitintervall vom Anfang bzw. Ende der geradzahligen Impulse getrennt sind, und die ungeradzahligen Impulse eine kleinere Amplitude haben als die geradzahligen Impulse. Zum besseren Verständnis sind in Fig. 6 die Schaltungseinzelheiten einer geeigneten Begrenzerstufe gezeigt. In dieser Schaltung ist die Eingangsleitung 46 geerdet, was zur Folge hat, daß die Eingangsschwingung beispielsweise während der ersten Hälfte des Schwingungszyklus in der Leitung 47 in Form einer (in bezug auf Erde oder Masse) positiven Sinushalbwelle und anschließend während der zweiten Hälfte des Zyklus in der Leitung 47 in Form einer (in bezug auf Erde oder Messe) negativen Sinushalbwelle erscheint.The limiter stage 44 can be designed as a pulse generator of a conventional circuit so that they alternate Provides pulses of opposite polarity, with the beginning and the end of the odd-numbered Pulses each through a short but finite time interval from the beginning or end of the even-numbered Pulses are separated, and the odd-numbered pulses have a smaller amplitude than the even-numbered ones Impulses. For a better understanding, the circuit details of a suitable limiter stage are shown in FIG shown. In this circuit, the input line 46 is grounded, with the result that the Input oscillation, for example, during the first half of the oscillation cycle in the line 47 in the form of a positive half-sine wave (with respect to earth or ground) and then during the second half of the cycle on line 47 in the form of a negative (with respect to earth or fair) Half-sine wave appears.

Der während der positiven Halbwelle wirksame Teil der Stufe 44 besteht aus einer Diode 55, deren Anode 56 mit der Leitung 47 und deren Kathode 57 über die Reihenschaltung zweier Widerstände 58, 59 mit Erde verbunden ist. Der Widerstand 59 ist mit einem Kondensator 60 überbrückt, so daß die Kathode 57 mittels dieser /?C-Kombination eine (in bezug auf Erde oder Masse) positive dynamische Vorspannung erhält. Die Ausgangsspannung der Diode 55 wird an der Kathode 57 abgenommen, von der ein Stromweg über einen Koppelkendensator 62, einen Isoliergleichrichter 63 und einen Lastwiderstand 64 nach Erde besteht. Um eine Ladungsanhäufung im Koppelkondensator 62 zu verhindern, ist eine Gleichspanmmgspegelsteuerdiode 65 vorgesehen, deren Anode 66 geerdet und deren Kathode 67 an den Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 62 und dem Isoliergleichrichter 63 angeschlossen ist.The effective part of the stage 44 during the positive half-wave consists of a diode 55 whose Anode 56 with line 47 and its cathode 57 via the series connection of two resistors 58, 59 connected to earth. The resistor 59 is bridged with a capacitor 60, so that the cathode 57 using this /? C combination a (with respect to Earth or ground) receives positive dynamic bias. The output voltage of the diode 55 becomes on removed from the cathode 57, from which a current path consists of a coupling capacitor 62, an isolating rectifier 63 and a load resistor 64 to earth. A DC voltage level control diode is used to prevent charge accumulation in the coupling capacitor 62 65 is provided, the anode 66 of which is grounded and the cathode 67 of which is connected to the connection point between the capacitor 62 and the isolation rectifier 63 is connected.

Der während der negativen Halbwelle wirksame Teil der Stufe 44 besteht aus einer Diode 70, deren Anode 71 über einen Widerstand 72 mit Erde verbunden ist und deren Kathode 73 über die Parallelschaltung aus einem Widerstand 74 und einem Kondensator 75 mit der Leitung 47 verbunden ist. Diese ÄC-Kombination 74, 75 dient zur dynamischen Vorspannung der Kathode 73 derart, daß das Potential der Kathode jeweils um einen bestimmten Spannungswert positiver ist als der Spannungspegel in der Leitung 47. Die Ausgangsspannung der Diode 70 wird von einer Anzapfung 76 am Widerstand 72 abgenommen. Von diesem Anzapfpunkt 76 besteht ein Stromweg über einen Koppelkondensator 77, eine Isolierdiode 78 und den Lastwiderstand 64 nach Erde, wobei der Widerstand 64 als gemeinsamer Arbeitswiderstand sowohl der Diode 55 als auch der Diode 70 dient. Um eine Ladungsansammlung im Kondensator 77 zu verhindern, ist eine Gleichspannungspegelsteuerdiode 80 vorgesehen, deren Kathode 81 geerdet und deren Anode 82 an den Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 77 und dem Isoliergleichrichter 78 angeschlossen ist.The effective part of the stage 44 during the negative half-wave consists of a diode 70 whose Anode 71 is connected to earth via a resistor 72 and its cathode 73 via the parallel circuit from a resistor 74 and a capacitor 75 is connected to the line 47. These ÄC combination 74, 75 is used for dynamic pre-tensioning of the cathode 73 in such a way that the potential of the cathode is in each case more positive by a certain voltage value than the voltage level in the line 47. The output voltage of the diode 70 is taken from a tap 76 at the resistor 72. From this tapping point 76 there is a current path via a coupling capacitor 77, one Isolating diode 78 and the load resistor 64 to earth, the resistor 64 as a common working resistance both diode 55 and diode 70 serve. An accumulation of charge in the capacitor To prevent 77, a DC voltage level control diode 80 is provided, the cathode 81 of which is grounded and its anode 82 to the connection point between the capacitor 77 and the isolating rectifier 78 connected.

Die Begrenz er wirkung der Stufe 44 ist durch den Impulsverlauf A in Fig. 7 veranschaulicht. Um den Begrenzungsvorgang zu erklären, soll ein einzelner Zyklus der in den Leitungen 46, 47 erscheinenden Sinuseingangsspannung betrachtet werden. Die Nullwerte dieser Eingangsspannung liegen bei 0, 180 und 360°, die (in bezug auf die Erdleitung 46) positiven Werte der Leitung 47 zwischen 0 und 180° und dieThe limiting effect of the step 44 is illustrated by the pulse curve A in FIG. To explain the limiting process, a single cycle of the sinusoidal input voltage appearing on lines 46, 47 will be considered. The zero values of this input voltage are at 0, 180 and 360 °, the (with respect to the ground line 46) positive values of the line 47 between 0 and 180 ° and the

(in bezug auf die Erdleitung 46) negativen Werte der Leitung 47 zwischen 180 und 360°. Während der Halbperiode zwischen 0 und 180° ist die Diode 70 für das Eingangssignal gesperrt. Bedingt durch die vorstehend erläuterte Schaltung und Bemessung der Begrenzerstufe erscheint die Ausgangsspannung der Diode 55 in Form einer Reihe oder Folge von positiven Impulsen 90 (Impulsverlauf A in Fig. 7), wobei dieDauer der einzelnen Impulse jeweils etwas geringer als die einer Halbwelle der Eingangsspannung ist. Im Zeitraum zwischen 180 und 360° ist die Spannung in der Leitung 47 negativ, so daß die Diode 55 während dieser Halbwelle gesperrt ist. Die Ausgangsspannung der Diode 70 nimmt schließlich die Form einer Reihe oder Folge von negativen Impulsen 91 (Impulsverlauf A in Fig. 7) an, wobei wiederum die Dauer der einzelnen Impulse etwas kurzer ist als die der entsprechenden Halbwelle der Eingangsspannung. Da die Spannung am Anzapfpunkt 76 gegenüber Erde nur ein Bruchteil der Spannung an der Anode 71 gegenüber Erde ist, haben im Impulsverlauf A die negativen Impulse 91 eine kleinere Amplitude als die positiven Impulse 90.(with respect to the earth line 46) negative values of the line 47 between 180 and 360 °. During the half cycle between 0 and 180 °, the diode 70 is blocked for the input signal. Due to the circuitry and dimensioning of the limiter stage explained above, the output voltage of the diode 55 appears in the form of a series or sequence of positive pulses 90 (pulse profile A in Fig. 7), the duration of the individual pulses each being slightly less than that of a half-wave of the input voltage . In the period between 180 and 360 °, the voltage in the line 47 is negative, so that the diode 55 is blocked during this half-wave. The output voltage of the diode 70 finally takes the form of a series or sequence of negative pulses 91 (pulse profile A in FIG. 7), the duration of the individual pulses again being somewhat shorter than that of the corresponding half-wave of the input voltage. Since the voltage at tapping point 76 with respect to earth is only a fraction of the voltage at the anode 71 with respect to earth, the negative pulses 91 in pulse course A have a smaller amplitude than the positive pulses 90.

Wird nun die Impulsfolge A in die Diodenverstärkerschaltung gemäß Fig. 3 eingeleitet, so erzeugen die negativen Impulse 91 am Widerstand 45 eine Spannung, die im Eingangskreis der Schaltung einen Stromfluß in Durchlaßrichtung der Diode 40, im Ausgangskreis dagegen einen Stromfluß in Sperrichtung der Diode 41 hervorruft. Demnach dienen die negativen Impulse 91 zur Schließung des Eingangskreises über die Diode 40 und zur öffnung des Ausgangskreises über die Diode 41. Mithin ist der durch die negativen Impulse 91 ausgelöste Schalteffekt der im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen kurzdauernden Schließung des Schalters 35 und öffnung des Schalters 36 analog.If the pulse train A is now introduced into the diode amplifier circuit according to FIG . Accordingly, the negative pulses 91 serve to close the input circuit via the diode 40 and to open the output circuit via the diode 41 Switch 36 analog.

Nachdem so der Eingangkreis über die Diode 40 geschlossen ist, addiert sich das an den Klemmen 20, 21 erscheinende Eingangssignal algebraisch zu den über den Widerstand 45 injizierten Impulsen, so daß an der Verstärkerdiode 30 entsprechende Ionisierimpulse bereitgestellt werden. Wie in dem Impulsverlauf B in Fig. 7 angedeutet, haben diese Ionisierimpulse die Form einer Folge von Impulsen 95, die durch das Eingangssignal entsprechend der Hüllkurve 96 amplitudenmoduliert sind. Wie erwähnt, ruft jeder dieser Impulse in der Diode 30 einen Ionisationszustand hervor, dessen Ionisationspegel eine Funktion der Amplitude der Impulse ist.After the input circuit is closed via the diode 40, the input signal appearing at the terminals 20, 21 is added algebraically to the pulses injected via the resistor 45, so that corresponding ionization pulses are provided at the amplifier diode 30. As indicated in the pulse curve B in FIG. 7, these ionization pulses have the form of a sequence of pulses 95 which are amplitude-modulated by the input signal in accordance with the envelope curve 96. As mentioned, each of these pulses induces a state of ionization in diode 30, the ionization level of which is a function of the amplitude of the pulses.

Bei Einleiten der positiven Impulse 90 der Impulsfolge A gemäß Fig. 7 in die Diodenschaltung wird am Widerstand 45 eine Spannung erzeugt, die im Ausgangskreis einen Stromfluß in Durchlaßrichtung der Diode 41, im Eingangskreis dagegen einen Stromfluß in Sperrichtung der Diode 40 hervorruft. Demnach dienen die positiven Impulse 90 dazu, den Eingangskreis über die Diode 40 zu öffnen und den Ausgangskreis über die Diode 41 zu schließen. Der durch die Impulse 90 ausgelöste Schaltvorgang entspricht daher der im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen öffnung des Schalters 35 und kurzdauernden Schließung des Schalters 36.When the positive pulses 90 of the pulse train A according to FIG. Accordingly, the positive pulses 90 serve to open the input circuit via the diode 40 and to close the output circuit via the diode 41. The switching process triggered by the pulses 90 therefore corresponds to the opening of the switch 35 described in connection with FIG. 2 and the brief closing of the switch 36.

Bei Schließung des Ausgangskreises der Verstärkerdiode 30 über die Diode 41 rufen die positiven Impulse 90 am Widerstand 45 einen Fluß von Stromimpulsen vom Widerstand 45 über die Verstärkerdiode 30, die Diode 41 und den Lastwiderstand 17 zurück zum Widerstand 45 hervor. Die Stärke des jeweiligen Stromflusses hängt vom Innenwiderstand der Diode 30 ab, der, wie erwähnt, eine Funktion des Übergangsionisationspegels der Diode ist. Entsprechend erzeugen die durch den Diodenausgangskreis fließenden Stromimpulse am Lastwiderstand 17 eine Folge von Spannungsimpulsen, deren Amplitude in Abhängigkeit vom Ianisationspegel der Diode 30 schwankt, und die mithin die Amplitudenschwankungen der Ionisierimpulse wiedergeben. Diese Ausgangsspannungsimpulse sind im Impulsverlauf B in Fig. 7 als eine Folge von Impulsen 97 mit einer Modulationshüllkurve 98 gezeigt. Diese Hüllkurve entspricht in verstärkter Form den Schwankungen des Eingangssignals 96.When the output circuit of the amplifier diode 30 is closed via the diode 41, the positive pulses 90 at the resistor 45 cause a flow of current pulses from the resistor 45 via the amplifier diode 30, the diode 41 and the load resistor 17 back to the resistor 45. The strength of the respective current flow depends on the internal resistance of the diode 30, which, as mentioned, is a function of the transition ionization level of the diode. Correspondingly, the current pulses flowing through the diode output circuit generate a sequence of voltage pulses at the load resistor 17, the amplitude of which fluctuates as a function of the ionization level of the diode 30, and which therefore reflect the amplitude fluctuations of the ionization pulses. These output voltage pulses are shown in pulse waveform B in FIG. 7 as a train of pulses 97 with a modulation envelope 98. This envelope curve corresponds in amplified form to the fluctuations of the input signal 96.

Die Signalübertragungseigenschaften der Verstärkerdiode 30 können in weitgehend der gleichen Weise wie die Signalübertragungseigenschaften einer Verstärkerstufe mit Elektronenröhre analysiert werden. So kann man denjenigen Ionisierspannungswert, bei dem die Ionisation der Halbleiterdiode 30 anfängt, als der Verriegelungsspannung einer Verstärkerröhre gleichwertig betrachten. Unter dieser Voraussetzung kann man für die Verstärkerdiode Betriebsweisen erhalten, welche der A-Verstärkung, der 5-Verstärkung bzw. der C-Verstärkung einer Elektronenröhre analog sind. Bemißt man beispielsweise die Amplitude der Schaltimpulse 91 so, daß eine Ionisierspannungskomponente mit einem konstanten Spitzenwert erzeugt wird, der größer ist als die für die Ionisation der Diode 30 erforderliche Mindestspannung, und macht man die durch das Eingangssignal bereitgestellte variable Ionisierspannungskomponente in ihrer Amplitude genügend klein, so daß die Amplitude der Ionisierimpulse 95 (Impulsverlauf B) zu keinem Zeitpunkt unter dem für die Diode erforderlichen Mindestionisierspannungswert absinkt, so arbeitet die Diode 30 nach Art eines .-i-Verstärkers. Ist dagegen die Ionisierspannungskomponente mit dem durch die Impulse 91 gegebenen konstanten Spitzenwert gerade gleich der für die Diode 30 erforderliche Mindestionisierspannung, so arbeitet die Verstärkerdiode als B-Verstärker. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß die Ionisierspannungskomponente mit dem durch die Impulse 90 gegebenen konstanten Spitzenwert zweckmäßig eine größere Amplitude hat als die maximale Amplitudenauslenkung der durch das Eingangssignal gegebenen variablen Ionisierspannungskomponente. Diese Beziehung soll eingehalten werden, um zu vermeiden, daß der Modulationsgrad der Ionisierimpulse 95 größer ist als lOOVo.The signal transmission properties of the amplifier diode 30 can be analyzed in much the same way as the signal transmission properties of an amplifier stage with an electron tube. The ionization voltage value at which the ionization of the semiconductor diode 30 begins can thus be regarded as being equivalent to the locking voltage of an amplifier tube. Under this condition, operating modes can be obtained for the amplifier diode which are analogous to the A gain, the 5 gain or the C gain of an electron tube. If, for example, the amplitude of the switching pulses 91 is dimensioned in such a way that an ionizing voltage component is generated with a constant peak value which is greater than the minimum voltage required for ionizing the diode 30, and if the amplitude of the variable ionizing voltage component provided by the input signal is made sufficiently small, so that the amplitude of the ionizing pulses 95 (pulse curve B) never drops below the minimum ionizing voltage value required for the diode, the diode 30 operates in the manner of an.-i amplifier. If, on the other hand, the ionizing voltage component with the constant peak value given by the pulses 91 is exactly the same as the minimum ionizing voltage required for the diode 30, the amplifier diode operates as a B amplifier. In this connection it should be mentioned that the ionizing voltage component with the constant peak value given by the pulses 90 expediently has a greater amplitude than the maximum amplitude deflection of the variable ionizing voltage component given by the input signal. This relationship should be maintained in order to avoid that the degree of modulation of the ionization pulses 95 is greater than lOOVo.

Berücksichtigt man weiter die zwischen den Signalübertragungseigenschaften des Diodenverstärkers und eines Elektronenröhrenverstärkers bestehende Analogie, so ergibt sich, daß man die Amplitude der positiven Spannungsimpulse 90 so wählen kann, daß sich bei der Verstärkung in der Diodenstufe eine minimale Verzerrung ergibt. Dieser für die minimale Verzerrung erforderliche Amplitudenwert der positiven Impulse 90 hängt vom Spitzenwert der durch die Impulse 91 bereitgestellten Ionisierspannungskomponente, vom Wert der durch das Eingangssignal bereitgestellten variablen Ionisierspannungskomponente, von den Ionisations- und Innenwiderstandseigenschaften des Halbleiters 31 und von der Größe des Außenwiderstandes im Ausgangskreis der Diode ab.If one also takes into account the between the signal transmission properties of the diode amplifier and an electron tube amplifier existing analogy, so it follows that you can choose the amplitude of the positive voltage pulses 90 so that results in minimal distortion in the amplification in the diode stage. This one for the minimum distortion required amplitude value of the positive pulses 90 depends on the peak value of the pulses 91 provided ionization voltage component, from the value of the provided by the input signal variable ionization voltage component, from the ionization and internal resistance properties of the semiconductor 31 and on the size of the external resistance in the output circuit of the diode.

Fig. 4 veranschaulicht ein Halbleiterelement, bei dem die Funktionen der Verstärkerdiode 30 und der Sperrdioden 40, 41 in einem einzigen Element vereinigt sind. Die in Fig. 4 gezeigte Anordnung ersetzt somit die Elemente 30,40,41 in Fig. 3. Dieses Element besteht im einzelnen aus einem Hauptkörper 100 aus Halbleitermaterial,, beispielsweise Germanium, einerFig. 4 illustrates a semiconductor element in which the functions of the booster diode 30 and the Blocking diodes 40, 41 combined in a single element are. The arrangement shown in FIG. 4 thus replaces the elements 30, 40, 41 in FIG. 3. This element consists in detail of a main body 100 made of semiconductor material, for example germanium, a

auf der einen Seite des Körpers 100 aufgebrachten metallisierten Kontaktschicht 101, einer an die Schicht 101 angeschlossenen Zuleitung 102, welche der Basiselektrode 32 der Diode 30 (Fig. 3) entspricht, zwei Nebenhalbleiterkörpern, die entgegengesetzt zur Seite des Körpers 100 anhaften, an welche die Zuleitung 102 angeschlossen ist, und zwei Zuleitungen 106 bzw. 107, welche an die von den Verbindungsflächen der Nebenkörper mit dem Hauptkörper abgelegenen Seiten der Nebenkörper 104 bzw. 105 angeschlossen sind. Der Körper 100 ist, beispielsweise durch Einbau einer P-N-Inversionsschicht, so eingerichtet, daß er in Richtung vom Körper zur Leitung 102 stärker leitet als in Richtung von der Leitung 102 zum Körper. Die Nebenkörper 104, 105 sind nahe beieinander angeordnet, so daß die Stromwege durch den Körper 100 während der Ionisation und während der Abtastung des Innenwiderstandes des Körpers im wesentlichen die gleichen sind. Ferner ist der Körper 104 in bekannter Weise, beispielsweise durch Einbau einer gleichrichtenden P-N-Sperrschicht, so gepolt, daß er den Strom in Richtung von der Leitung 106 in den Körper 100 und von dort nach der Leitung 102 durchläßt, dagegen den Stromfluß in entgegengesetzter Richtung sperrt. Ebenso ist der Körper 105 in geeigneter Weise so gepolt, daß er den Strom von der Leitung 102 durch den Körper 100 und von dort zur Leitung 107 durchläßt, dagegen den Stromfluß in der entgegengesetzten Richtung sperrt. Auf diese Weise erreicht man, daß die Nebenkörper 104, 105 die Funktionen der Dioden 40 bzw. 41 in Fig. 3 ausüben, während der Hauptkörper 100 in der gleichen Weise arbeitet wie die Diode 30.on one side of the body 100 applied metallized contact layer 101, one on the layer 101 connected lead 102, which corresponds to the base electrode 32 of the diode 30 (Fig. 3), two Secondary semiconductor bodies which adhere opposite to the side of the body 100 to which the lead 102 is connected, and two leads 106 and 107, which are connected to the from the connecting surfaces of the secondary body to the main body remote sides of the secondary body 104 and 105 are connected. Of the Body 100 is arranged, for example by incorporating a P-N inversion layer, in such a way that it faces from the body to the line 102 more strongly than in the direction from the line 102 to the body. the Sub-bodies 104, 105 are arranged close together so that the current paths through the body 100 during the ionization and during the scanning of the internal resistance of the body in the are essentially the same. Furthermore, the body 104 is in a known manner, for example by incorporation a rectifying P-N junction, poled so that it carries the current in the direction of line 106 in through the body 100 and from there to the line 102, on the other hand the current flow in the opposite direction Direction locks. Likewise, the body 105 is suitably polarized so that it carries the current from the line 102 through the body 100 and from there to the line 107, on the other hand the current flow in the opposite one Direction locks. In this way it is achieved that the secondary bodies 104, 105 the functions of diodes 40 and 41, respectively, in Fig. 3 while main body 100 operates in the same manner like the diode 30.

Das in Fig. 4 dargestellte Halbleiterelement ist beispielsweise folgendermaßen aufgebaut: Der Hauptkörper 100 besteht aus einer Schicht von N-Material, welche in ohmschem Kontakt mit der metallisierten Schicht 101 steht und aus einer Schicht von P-Material, die sich über der N-Schicht befindet, so daß zwischen diesen beiden Schichten ein P-N-Übergang besteht, der sich über den ganzen Körper 100 erstreckt. Der Nebenkörper 104 besteht aus einer Schicht aus N-Material, die in Kontakt mit der P-Schicht des Körpers 100 steht, und aus einer Schicht von P-Material, die auf ihrer einen Seite in Kontakt mit der 4-5 N-Schicht des Körpers 104 und auf ihrer anderen Seite in ohmschem Kontakt mit der Leitung 106 steht. Der Nebenkörper 105 besteht nur aus einer Schicht von N-Material, die auf ihrer einen Seite mit der P-Schicht des Körpers 100 in Berührung steht und deren andere Seite mit der Leitung 107 in ohmschem Kontakt steht.The semiconductor element shown in Fig. 4 is constructed, for example, as follows: The main body 100 consists of a layer of N-material which is in ohmic contact with the metallized Layer 101 stands and consists of a layer of P material that is above the N layer so that between These two layers have a P-N junction that extends over the entire body 100. The secondary body 104 consists of a layer of N-material that is in contact with the P-layer of the Body 100 stands, and made of a layer of P-material, which on one side in contact with the 4-5 N-layer of the body 104 and is in ohmic contact with the line 106 on its other side. The secondary body 105 consists only of a layer of N-material, which is on one side with the P-layer of the body 100 is in contact and the other side with the line 107 in ohmic Contact is available.

Statt das Halbleiterelement in der eben beschriebenen Weise aufzubauen, kann der Körper 100 auch aus P-Material bestehen, das auf der Unterseite mit der metallisierten Schicht 101 in Kontakt ist und aus einer auf der P-Schicht befindlichen N-Schicht. In diesem Fall besteht der Körper 105 nur aus einer P-Schicht, die auf der N-Schicht des Körpers 100 angebracht ist, und der Körper 104 aus einer P-Schicht in Kontakt mit der N-Schicht des Körpers 100 sowie aus einer darauf angebrachten N-Schicht. Im letzteren Falle wird der Strom aus der Leitung 102 in den Körper 100 eingeleitet und verläßt diesen Körper über die Leitung 106, um das Halbleiterelement zu ionisieren. Aus der Leitung 107 tritt der Strom in den Körper 100 ein und verläßt diesen über die Leitung 102, um den inneren Widerstand des ionisierten Halbleiters festzustellen. Die beiden Ausführungen des in Fig. 4 dargestellten Halbleiterelementes können so hergestellt werden, daß man aufeinanderliegende Schichten von P-Material und N-Material in der richtigen Reihenfolge anordnet. Dabei lassen sich die Nebenkörper 104 und 105 so herstellen, daß der Hauptkörper 100 außer an denjenigen Stellen, an denen die Nebenkörper gewünscht werden, abgedeckt wird und an den freibleibenden Stellen das Halbleitermaterial abgelagert wird. Man kann die beiden beschriebenen Ausführungsformen aber auch so herstellen, daß man mit einem Ausgangskörper bestehend aus vier Schichten von P- und N-Material beginnt. Durch selektive Ätzung werden dann die beiden oberen Lagen des Ausgangskörpers entfernt und dadurch die beiden Nebenkörper 104 und 105 geschaffen. Instead of constructing the semiconductor element in the manner just described, the body 100 can also be made from P material, which is in contact with the metallized layer 101 on the underside, and of a N-layer located on the P-layer. In this case, the body 105 consists only of a P-layer, which is attached to the N-layer of the body 100, and the body 104 of a P-layer in contact with the N-layer of the body 100 as well as of an N-layer applied thereon. In the latter case the current from the line 102 is introduced into the body 100 and leaves this body via the line 106 to ionize the semiconductor element. The current enters the body 100 from the line 107 and leaves this via line 102 in order to determine the internal resistance of the ionized semiconductor. The two versions of the semiconductor element shown in FIG. 4 can be produced in such a way that that one superimposed layers of P-material and N-material are arranged in the correct order. The secondary bodies 104 and 105 can be produced in such a way that the main body 100 except for those Places where the secondary body is desired is covered and the ones that remain free Make the semiconductor material is deposited. One can use the two described embodiments but also produce so that one with a starting body consisting of four layers of P and N material begins. The two upper layers of the starting body are then removed by selective etching and thereby the two secondary bodies 104 and 105 created.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung, bei der mehrere Diodenverstärkerstufen, die ähnlich ausgebildet sind wie die Schaltung nach Fig. 3, in Kaskade geschaltet sind, so daß das Eingangssignal eine Mehrfachverstärkung erfährt. Dabei werden die Impulsspannungen aus der Begrenzerstufe 44 in die einzelnen Verstärkerstufen jeweils über Kondensatoren 110 injiziert. Die einzelnen Stufen sind über Transformatoren, die jeweils an die Stelle des Eingangswiderstandes 15 und des Lastwiderstandes 17 nach Fig. 3 treten, miteinander gekoppelt. Die Frequenzcharakteristik der Koppeltransformatoren soll so beschaffen sein, daß die Modulationssignalfrequenzen durchgelassen, die Frequenz der amplitudenmodulierten Impulse dagegen unterdrückt wird.Fig. 5 shows an arrangement in which several diode amplifier stages, which are designed similarly to the circuit according to FIG. 3, are connected in cascade, so that the input signal experiences multiple amplification. The pulse voltages are derived from the Limiter stage 44 is injected into the individual amplifier stages in each case via capacitors 110. The single ones Steps are via transformers, which each take the place of the input resistance 15 and the load resistance 17 according to FIG. 3, coupled to one another. The frequency characteristics of the coupling transformers shall be such that the modulation signal frequencies are allowed to pass through, the frequency of the amplitude-modulated pulses, however, is suppressed.

Nachstehend sind eine Reihe von experimentellen Ergebnissen, die mit Hilfe von Diodenverstärkern ähnlich der Schaltung nach Fig. 3 sowie unter Verwendung unterschiedlicher Halbleiterdioden erhalten wurden, aufgeführt. Jedoch entsprechen diese experimentellen Ergebnisse nicht notwendig den bestmöglichen Ergebnissen, die mit derartigen Verstärkern zu erreichen sind. Die Experimente haben gezeigt, daß unter anderem einer der Vorteile der Diodenverstärkerschaltung in einem sehr guten Signal-zu-Rausch-Verhältnis besteht.Below are a number of experimental results obtained with the help of diode amplifiers similar to the circuit of FIG. 3 and obtained using different semiconductor diodes were performed. However, these experimental results are not necessarily the best possible Results that can be achieved with such amplifiers. The experiments have shown that among other things one of the advantages of the diode amplifier circuit in a very good signal-to-noise ratio consists.

1. Leistungsstufen:1. Performance levels:

a) Frequenz bis zu 10 Megahertz (Ionisierimpulsfrequenz)
Maximale Leistung .... bis zu 2 Watta) Frequency up to 10 megahertz (ionization pulse frequency)
Maximum power .... up to 2 watts

Verstärkung 30 dBGain 30 dB

Maximaltemperatur ... 80° CMaximum temperature ... 80 ° C

Widerstandresistance

Eingang 500 OhmInput 500 ohms

Ausgang 1,2 MegohmOutput 1.2 megohms

MaximalspannungMaximum voltage

Eingang 12 VoltInput 12 volts

Ausgang 50 VoltOutput 50 volts

b) Frequenz bis zu 10 Kilohertz (Ionib) Frequency up to 10 kilohertz (Ioni

sierimpulsfrequenz)setting pulse frequency)

Maximalleistung bis zu 15 WattMaximum power up to 15 watts

Verstärkung 26 dBGain 26 dB

Maximaltemperatur ... 80° CMaximum temperature ... 80 ° C

Widerstandresistance

Eingang 50 OhmInput 50 ohms

Ausgang 550 KiloohmOutput 550 kilohms

MaximalspannungMaximum voltage

Eingang 30 VoltInput 30 volts

Ausgang 350 VoltOutput 350 volts

909 529/310909 529/310

Claims

11 12

2. High-frequency stages: these blocking diodes are always connected in such a way that they

Frequency up to 500 megahertz f ^ect . ^{iv the} output circuit of the diode 30 during the

(Ionization pulse frequency) I ⁰ ^ TIl -Γ ^ aI ? ^Em § ^a ^ ^sk , ^rels

,,. ". ,. ",,;," Of the diode 30 interrupt during the sampling pulses.

Maximum power up to 0.1 watts, ^. . ,. ,,. . ..,. · ■ j,.

..... ^& ο t · ι η JTJ 5 For example, with otherwise unchanged

\ gain 8 to 10 dB circuit according to Fig. 3 the resistor 45 in the line

Max.nial temperature ... 60 C _{device 103 are switched on and the diode 40 then} approximate maximum voltage are added between the electrode 32 and the terminal 20, so that the current in the input circuit in the

50 millivolt input runs clockwise. The diode 41 can be between

Output 15 volts the terminal 22 and the electrode 32 switched on

so that the current in the output circuit also

Some of the advantages of semiconductor diodes are clockwise. Furthermore, under diode amplifier circuits of the type described, the prerequisite that the ionization and scanning exist in the following: Save the resistor 45 between the Elekzwecke considerably in costs, since it is known that the trode 33 and the junction of the diodes 40 transistors are eight to ten times as expensive as one and 41, so that the electrode 32 is directly connected to the semiconductor diodes. Second, the earth line 42 described is connected. You can even omit the barking diodes in their operating properties by means of resistor 45 if the changes in the outside temperature are influenced far less than transistors in the limiter stage 44 directly in series with the diode. Thirdly, the output power obtainable with Tran 30 in the branch between the line 42 and disturb is generally connected to the connection point of the diode 40, 41,
limited to a low value, while the ionizing and sampling pulse source semiconductor diodes can be connected in parallel with the diode 30 instead of in series, as described above. A search data can be seen, an output power such parallel connection can, for. B. in the manner of 20 watts or more. Fourthly, it has been done that, in a modification of the transistors, the electrode 32 can be used directly for signal frequencies in a modification of the transistors or not at all for the higher circuit according to FIG and the polarity of the diodes 40, 41 can handle 500 megahertz or more. reverses, so that the current flow in the input circuit and fifth is achieved. if the various output circuits of the diode 30 are now counter-clockwise to the diode elements of the circuit according to FIG. 3, and by combining the ionizing semiconductor elements according to FIG. 4, the diode elements and the sampling pulse source between the ground line 42 form a compact unit the 35 and the connection point of the diodes 40, 41 switches, takes up no more space than an ordinary tran- whereby this pulse source has a high internal resistance sistor. Another advantage of the assembly which has and is arranged to produce ionizing pulses from various diode elements into a single and sampling pulses from semiconductor element positive with respect to earth is that it supplies such or negative polarity. The high internal resistance to the distributed capacities of the whole circuit should be reduced accordingly with increasing current, so that the circuit arrangement can be operated at higher frequencies in the event of a voltage drop at the output of the pulse source. so that the current in the diode 30 itself (as it is possible to operate the diode amplifier circuit as a result of the change in the internal resistance of the diode) so that between the alternating changes and a corresponding voltage change at the ionizing voltage pulses and scanning voltage im- +5 output resistance 17 can produce. Instead of a pulse, there are no separating intermediate intervals at all - such a parallel connection, a pulse source with high stepping. However, experimental tests have to use internal resistance, one can also show that such separating intermediate intervals, such as resistance 45 between the line 42 and the connection point of the diodes 40, 41 between the pulses 90 and 91 or 97 and 95 switch and which are indicated in the pulse waveforms A and B of FIG. 7 are a pulse source at only a part of this resistance, are desirable. of the lay so that the current flow through the remaining part. The above-described embodiments of the resistor of a corresponding voltage invention serve only as examples; You can get into waste evokes.

can be modified in several ways. Example- Another possible modification is to

the polarity of the pulses 90, 91, 55, the ionizing pulses and scanning pulses can be separated

(Fig. 7 in pulse course A) can be seen at the output of the limiting sources,
swap stage 44, provided that the loading

limiter stage is connected to the diode stage in such a way, claims:
that the ionization of the diode is carried out by the lower 1. diode amplifier circuit using amplitude pulses and the scanning of the inner 60 of a semiconductor diode, which is carried out by a current pulse resistance of the diode by the higher amplification in the forward direction (ionization pulse) ionized tudigen pulses. Furthermore, the pulses which are then fed to the diode by a diode do not need to have the pulse in the reverse direction (scanning pulse) shown in FIG. 65 leads, with the ionizing pulse in the input. Furthermore, the circuit of the diode stage and the sampling pulse in the output circuit itself can be modified. For example, the blocking flow and the diode in the base circuit both chalk diode 40 or the blocking diode 41 or both diodes at sen is common, characterized in that the other points in the input circuit or output circuit pulse source (s) for both the ionizing pulses and the diode 30 (Fig. 3), provided that 7 ° also for the sampling pulses in a part of the