Die besondere Eigenschaft- Negativer differentieller Widerstand = negative resistance = fallende Kennlinie = Dynatron = Transitron

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Die besondere Eigenschaft- Negativer differentieller Widerstand = "negative Resistance" = "fallende Kennlinie" = "Dynatron"  = "Transitron"

Spitzentransistoren haben eine ganz besondere Eigenschaft, die andere Transistoren nicht haben: Einen Abschnitt "fallende Kennlinie" = "negativer Widerstand"  = "Dynatron- Effekt" im Kenn- Diagramm.
Bekannte Namen des gleichen Effekts nennt man "Dynatron", "Transitron" "negative Resistance", "differentieller Widerstand" oder "negativer Widerstand"-

Dieser negative Widerstand kann... Ja, eine Verstärkung bewirken, oder z. B. einen Schwingkreis "entdämpfen", also Schwingungen erzeugen.


L. Krugman in "Transistor Basics", 1954 (Google Translate/ Edi):

Der Punktkontakttransistor kann aufgrund seiner Fähigkeit, eine Stromverstärkung und einen internen Rückkopplungspfad ohne Phasenumkehr durch die Basisleitung bereitzustellen, zu einer Grundschwingung ohne externen Rückkopplungspfad fähig sein.


 

Negativer differentieller Widerstand

Die Eigenschaft haben auch Lichtbögen und Glimmlamgen, Lossew entdeckte den Effekt in den 20er Jahren an Kristalldetektoren, und nannte es "Crystadyne".
Auch die modernere "Tunneldiode" = "Esaki- Diode" zeigt diesen Effekt.
Es gibt "Dynatron"- Röhrenschaltungen, und es gibt Schaltungen, die mit mehreren Transistoren den Effekt der Tunneldiode erzeugen.


Lichtbogensender


Dynatron"- Kennlinien an eier Glimmlampe und an einer bekannten Elektronenröhre.


Die Glimmlampe erzeugt Kippschwingungen mit dem Effekt des negativen differentiellen Widerstands.
Aus Wikipedia:
Die Funktion ergibt sich aus dem negativen differentiellen Widerstand der Glimmlampe zwischen A und B: Zunächst ist die Schaltung im Grundzustand und der Kondensator entladen. Er wird über den Widerstand langsam aufgeladen, bis die Spannung das Niveau im Punkt A der Kennlinie erreicht. Bei diesem Punkt setzt die Glimmentladung ein, die Glimmlampe leuchtet, und der Strom durch die Glimmlampe springt auf einen Wert, der dem Punkt C entspricht. Nach sehr kurzer Zeit sinkt die Kondensatorspannung auf den Wert B. Der Widerstand ist so hoch dimensioniert, dass der Dauerstrom für Punkt B nicht ausreicht. Die Glimmentladung in der Lampe erlischt und die Lampe wird hochohmig (Sprung zu Punkt D). Anschließend wird der Kondensator wieder über den Widerstand bis zum Erreichen der Spannung in Punkt A aufgeladen.


Dieser Zyklus läuft periodisch ab und lässt die Glimmlampe blinken. Je nach Typ Glimmlampe und der Dimensionierung der Bauelemente lassen sich unterschiedliche Blinkfrequenzen realisieren..

Dynatron bei der Elektronenröhre


Wikipedia:
Albert Hull erfand das "Dynatron", eine Röhre mit drei Elektroden: der geheizten Kathode, einer durchlöcherten Anode und einer dahinter angebrachten zusätzlichen Platte als zweite Anode. Im Normalbetrieb hat diese zusätzliche Anode eine niedrigere Anodenspannung als die durchlöcherte Anode. Durch die beim Aufschlagen der schnellen Elektronen auf die zweite Anode freigesetzten Sekundärelektronen werden durch die durchlöcherte Anode -mit der höheren Spannung- aufgenommen. Die Kennlinie dieser Röhre erlaubte den Einsatz als negativer Widerstand zur Entdämpfung von Schwingkreisen und somit konnte diese Röhre als Oszillator und als Verstärker über einen weiten Frequenzbereich eingesetzt werden.



Gleiches Prinzip, nur moderner: Das ist die eigentliche Weiterentwicklung der Röhre von Hull: Die Magnetron-Röhre ("Split- Anode- Tube"), bekannt vom Radar, sowie später für die Mikrowellen- Küchengeräte, nutzt den negativen Widerstands- Effekt.


 Dynatron mit einer normalen Radioröhre



"Dynatron"- Röhrenkennlinie der Wehrmacht- Röhre RV12P2000




Negativer differentieller Widerstand beim Spitzentransistor


Punkt-Kontakt-Transistor.
Wenn eine positive Rückkopplung in einem Bauelement  realisiert wird, welches eine Stromverstärkung von mehr als 1 aufweist, wird der Eingangswiderstand des Bauelementsg über einem Teil der Kennlinie negativ sein. Der Punktkontakttransistor ist eine solches Bauelement.


Abb. 8 - (Dynatron-) Betrieb eines Punktkontakttransistors.

In Fig. 8A wird eine positive Rückkopplung durch den externen Basiswiderstand Rb bewirkt. Wenn der Eingangs- (Emitter-) Strom erhöht wird, wie in Fig. 8B gezeigt, steigt die Emitterspannung (Ve) auf A und dann auf B, dann fällt sie von B auf C und steigt dann wieder von C auf D. Der zentrale negative Widerstand, die Region (BC), die auf jeder Seite durch eine positive Widerstandsregion (AB und CD) begrenzt ist, ergibt die Art von Kurve, die früher in Fig. 2B gezeigt ist, und die für Flip-Flop-Anwendungen als geeignet betrachtet wird.
Ein auf diese Weise betriebener Punktkontakttransistor ist vom Emitter zur Masse betrachtet ein negativer Widerstand.

(Quelle: Negative Resistance: What It Is & How It's Used By Rufus P. Turner 
May 1961 Electronics World. Übersetzung: Google Translate/ Edi)


L. Krugman in "Transistor Basics", 1954 (Google Translate/ Edi):

Der Punktkontakttransistor kann aufgrund seiner Fähigkeit, eine Stromverstärkung und einen internen Rückkopplungspfad ohne Phasenumkehr durch die Basisleitung bereitzustellen, zu einer Grundschwingung ohne externen Rückkopplungspfad fähig sein.

 

Abb. 6-9. (A) Basis-gesteuerter Oszillator mit negativem Widerstand und idealisierter Charakteristik. (B) Emittergesteuerter Oszillator mit negativem Widerstand und idealisierter Charakteristik. (C) Kollektorgesteuerter Oszillator mit negativem Widerstand und idealisierter Charakteristik.

Diese Prinzipien können nun auf die drei grundlegenden Verfahren zum Steuern der Oszillation in dem Punktkontakttransistor angewendet werden: das Einfügen von Lasten mit niedriger Impedanz in die Emitter- oder Kollektorschaltungen (Stromsteuerung) oder das Einfügen einer Last mit hoher Impedanz in die Basisleitung (Spannungskontrolle). Abbildung 6-9 (A) zeigt den grundlegenden base-gesteuerten Oszillator und seine idealisierten Strom-Spannungs-Kennlinien. Diese Schaltung wird am häufigsten verwendet, weil sie die besten Möglichkeiten der drei Typen bietet. Seine Hauptvorteile sind, dass es eine konstante Spannungsquelle verwendet (die einfachste Art zu entwerfen), und dass die Rückgewinnung durch den Resonanztank in der Basisleitung erfolgt. Dieses letztere Merkmal gewährleistet Frequenzstabilität, da eine maximale Rückkopplung bei der Resonanzfrequenz des Schwingkreises auftritt. Die Wirkung des internen Basiswiderstandes ist aufgrund des extrem hohen Wertes der Parallelschaltung bei Resonanz im Vergleich zu rb vernachlässigbar.
Abbildung 6-9 (B) zeigt den grundlegenden Emitter-gesteuerten Oszillator mit negativem Widerstand und seine idealisierten Strom-Spannungs-Kennlinien. Fig. 6-9 (C) ist der grundlegende Kollektor-gesteuerte Typ. Die grundlegende Funktionsweise von beiden ist im Wesentlichen die gleiche. Die Schwingung tritt bei der Serienresonanzfrequenz der L-C-Kombination auf, weil an diesem Punkt der effektive Widerstand entweder im Emitter- oder Kollektorarm minimal ist.
Der Basiswiderstand muss groß genug sein, um eine positive Rückkopplung zu liefern, um die Oszillation aufrecht zu erhalten. Der Basiswiderstand rb ist im Allgemeinen groß genug, um eine Instabilität zu verursachen, wenn entweder der Emitter oder der Kollektor auf der Basis der Gleichung 6-1 gegen Erde kurzgeschlossen ist.
In praktischen Schaltungen reicht jedoch nur selten rb für einen zuverlässigen Betrieb aus. Ein externer Widerstand RB von mindestens 2000 Ohm wird im allgemeinen hinzugefügt.


Auch wurden Spitzentransistoren für Schaltanwendungen verwendet, in einer Ausgabe der "Funk- Technik" wird dies ebenfalls mit dem Effekt des negativen Wisderstands begründet.

Aus der FT 21/1953.


Negativer differentieller Widerstand beim Spitzentransistor


Die linke Darstellung auf die heutige Darstellungsweise (4- Quadranten- Kennlinienfeld) umgezeichnet.





Vom Hersteller angegebenen Eingangs-Kennlinie eines Spitzentransistors, auch hier ist die "fallende Kennlinie" zu sehen.


Hier die Hersteller- angegebene Kennlinie des Spitzentransistors 3NC-010 von WBN (DDR)
Hier ist wunderschön die besondere Eigenschaft zu sehen, die unter den Transis nur Spitzentransis besitzen:
Die "fallende Kennlinie" bzw. "negativer Widerstand", die für Entdämpfung eines Schwingkreises, und damit Schwingungserzeugung, nutzbar ist.
("Fallend" ist die Kennlinie natürlich nur, wenn man das Diagramm dreht und spiegelt)


Hier ist die Kennline, wie sie heute dargestellt wird.


 


HF- Schwingschaltung auf dem Prinzip des negativen Widerstands, der Schwingkreis wird durch die davorliegende Scahltumng "entdämpft".
Die Schaltung ist aus der "Funk- Technik" Heft 21/1953, im Text wird noch nicht direkt die fallende Kennlinie beschrieben, aber sinngemäß das Verhältnis der Elektrodenspannungen zueinander. Der bei L. Krugman beschriebene Vorwiderstand in der Basisleitung ist vorhanden, wechselstrommäßig ist er durch den Kondensator überbrückt.



Die nahezu gleichen Schaltungen beaschreibt der Halbleiterentwickler Dr. Falter, DDR, in der Zeitschrift "Wissenschaft und Fortschritt" 12/1954. Eine Erklärung wird auch hier noch nicht gegeben. Der bei L. Krugman beschriebene Vorwiderstand in der Basisleitung ist vorhanden, wechselstrommäßig ist er durch den Kondensator überbrückt.





1956 hatte man den Dynatron- Effekt erkannt. Schaltbild mit dem dazugehörigen Textauszug. Auch hier wird der bei L. Krugman beschriebene Vorwiderstand in der Basisleitung verwendet, und als "QAnschwinghilfe" beschrieben.
Diese  in der DDR- Fachzeitschrift "Rundfunk- Fernsehen- Elektronik" ("rfe"),
Heft 1/1956 veröffentlichte Schaltung ist ein Amateursender eines "damals westdeutschen" Funkamateurs.


 



Beispielschaltung für den Transistor VS200: Audionschaltung mit Rückkopplung, die grundsätzliche Schaltung ist wieder die gleiche, wie in den vorstehenden Schaltungen, der Schwingkreis ist im Basiskreis, und wird durch die an ihm liegende Transistorschaltung "entdämpft", zum empfindlichen, trennscharfen Empfang- und wenn man die Rückkopplung darüberhinaus "anzieht", fängt der Schwingkreis an, auf der Empfangsfrequenz zu schwingen, wie bei Rückkopplungsaudions bekannt.
Hier ist offensichtlich der (innere) Basiswiderstand des Transistors noch ausreichend, um ohne Vorwiderstand auszukommen.


 

Andere Dynatron- Beispiele und Anwendungen

Typisch für den Spitzentransistor der ersten Jahre waren Schaltungen, die dem Transistor keine Bassivorspannung gaben, es gab keinen Basisspannungsteiler.
In der Emitterschaltung der späteren Transistoren würde eine Halbwelle einer Sinus- Eingangsschwingung dadurch gar nicht nennenswert verstärkt. Verzerrungen wären die Folge.
Die Verstärkung durch die "fallende Kennlinie", dem Effekt des negativen differentiellen Widerstands, ermöglicht sowohl Schwingungserzeugung, als auch Verstärkung, zwar nur mit geringerer Aussteuerung und geringster Ausgangsleistung, zur Anfangszeit des Transistors nahm man das erst mal hin.

 

Audionschaltung aus der FT 21/1953.
Im Eingang ein Rückkopplungsaudion nach dem Dynatron-- Schwingungserzeuger- Prinzip, die NF- Stufen als Verstärker nach diesem Prinzip- ohne den heute üblichen Basisspannungsteiler.
Wahrscheinlich wird diese Schaltung mit moderneren Germaniumtransistoren nicht vernünftig funktionieren.

 

































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