DD152889A1

DD152889A1 - Abtast-und halteschaltung

Info

Publication number: DD152889A1
Application number: DD22353780A
Authority: DD
Inventors: Hans-Peter Seifert
Original assignee: Seifert Hans Peter
Priority date: 1980-08-27
Filing date: 1980-08-27
Publication date: 1981-12-09

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Abtast- und Halteschaltung, in der als Torschaltung ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor verwendet wird, mit moeglichst geringem Aufwand die Amplitude des Abtastimpulses den jeweiligen Erfordernissen entsprechend den Kennlienienbedingungen und der Eingangsspannung anzupassen. Bei der Loesung wird das Eingangssignal einerseits der Torschaltung, die mit Speicherkondensator und Impedanzwandler verbunden ist, und andererseits einem weiteren Impedanzwandler zugefuehrt, an den sich eine Potentialverschiebestufe anschliesst, die mit einem Amplitudenbegrenzer verbunden ist, an dem andererseits der Abtastimpuls anliegt, wobei der Ausgang des Amplitudenbegrenzers mit dem Gate ddes SFET verbunden ist.

Description

a) Titel der Erfindung Abtast- und Halteschaltung

b) Anwendungsgebiet der Erfindung " ...

Die Erfindung betrifft eine Abtast- und Halteschaltung, die mit einem Sperrschicht-Feldeffekttransistor arbeitet und die den Einfluß des Abtastimpulses auf den im Speicherkondensator, gespeicherten letzten abgetasteten Spannungswert beseitigt.

cXjC^^s^J?.6,yj-,.stik_ii der bekannten technischen Lösungen

Abtast- und Halteschaltungen, auch.Sample - and-HoId Schaltungen genannt, sind seit langem bekannt· Sie dienen der Aufgabe, daß zu bestimmten Zeiten, den Abtastzeiten, mittels eines Abtastimpulseε eine elektrische Torschaltung aktiviert wird, die während der im allgemeinen sehr kurzen Abtastzeit einen Speicherkondensator an den Eingang der Abtast- und Halteschaltung legt, so daß sich der Speicherkondensator während der Abtastzeit auf die am Eingang der Schaltung anliegende zeitlich veränderliche Spannung auflädt oder entlädt, so daß für die zwischen ae zwei Abtastimpulsen verstreichende Haltezeit der abgetastete Spannungswert gehalten wird und somit einer Auswertung zur Verfügung steht. Als Torschaltung werden vorwiegend·Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (SFET), seltener andere Transistorarten oder Relais eingesetzt» Beim SFET dient der zwischen Source und Drain liegende Kanal als Schalter, der in Abhängigkeit von der Spannung zwischen Gate und Source entweder ausreichend hochohmig während der Haltezeit oder ausreichend niederohmig während der Abtastzeit ist« nachteilig ist jedoch, daß bei zu großem Abtastimpuls die Spannung an der Gatesperrschicht durch Null geht, so daß ein Gatestrom

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fließt, der von der Tastimpulsquelle· geliefert wird. Dieser Gatestrom greift auch bis zur Drainelektrode durch und bewirkt eine Verfälschung der im Speicherkondensator gespeicherten Spannung, so daß diese nicht.mehr genau der abgetasteten Eingangsspannung entspricht. Um diesen Effekt zu vermeiden, dürfte der Tastimpuls in jedem Fall nur so groß sein, daß der SFST während der Abtastzeit zwar genügend niederohmi'g wird, daß aber andererseits die Sperrschicht am Gate nicht in ihr Durchlaßgebiet gesteuert wird. Da dies unter Berücksichtigung der Toleranzen - vor allem der Toleranzen der Kennlinien des SFET - und weiter unter Berücksichtigung eines gewünschten großen Aussteuerbereiches für die Eingangsspannung kaum oder gar nicht möglich ist, behilft man sich meist durch folgende Kompromißlösung. Man macht die Abtastimpulse gleich groß oder größer als der im ungünstigsten Fall erforderliche Tastimpuls und begrenzt den Gatestrom, der durch diese Bemessung während der'Abtastzeit jetzt zwangsläufig fließt, durch einen Widerstand in der Gateleitung» Es ist ersichtlich, daß durch diese Kompromißlösung der schädliche Einfluß des'Gatestromes zwar gemildert_s aber nicht prinzipiell beseitigt werden kann« Der ?/iderstand ., in der Gateleitung kann nämlich nicht besonders .groß gewählt weröenj weil sonst - in Verbindung mit den Kapazitäten des · Gate gegenüber allen anderen Schaltungspunkten, einschließlich Masse - die Übertragung des meist sehr kurzen Schalt-Impulses an das Gate verschlechtert oder verhindert wird« Ein kleiner Widerstand in der Gateleitung begrenzt den Gatestrom auf nicht immer zu vernachlässigende Werte.

d) Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, mit möglichst geringem Schaltmittelaufwand den Abtastimpuls so zu beänflussen, daß der als Torschaltung dienende Sperrschicht-Feldeffekttransistor während der Abtastzeit genügend niederohmig wird, daß aber

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das Fließen eines'Gatestromes während der Abtastzeit und . damit Verfälschungen der gespeicherten Werte vermieden werden·.

ej]3arIeffling des Wesens der Erfindung ·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu finden, die mit möglichst geringem Aufwand die Amplitude des Abtastimpulses den jeweiligen Erfordernissen entsprechend den Kennlinienbedingungen und der Eingangsspannung anpaßt und die in Abtast- und Halteschaltungen einsetzbar ist. in.denen als Torschaltung ein Sperrschicht-Feldeffekt-

) transistor verwendet wird*—^

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Abtast- und HalteSchaltung, bestehend aus einem Sperrschicht-Feldeffekttransistor als Torschaltung, einem Speicherkondensator und einem Impedanzwandler, erfindungsgemäß das Eingangssignal, mit einem weiteren Impedanzwandler verbunden ist, an dessen Ausgang sich eine das Potential in den Sollarbeitsbereich verschiebende Potentialverschiebestufe anschließt, deren Ausgang mit einem gesteuerten aktiven Amplitudenbegrenzer verbunden ist, an dem andererseits der zu begrenzende Abtastimpuls anliegt, und daß der Ausgang des Amplitudenbegrenzers mit dem Gate des SEBT verbunden ist.

Dazu wird die Eingangsspannung über einen Impedanzwandler mit der Verstärkung 1 rückwirkungsfrei und mit niedriger Quellimpedanz abgegriffen. Weiterhin ist in der Regel eine Potentialverschiebung der vom Impedanzwandler abgegebenen Spannung erforderlich. Diese kann durch eine Diode realisiert sein» Der sich anschließende Amplitudenbegrenzer begrenzt die Amplitude des Abtastimpulses auf die vom Impedanzwandler nach der Potentialverschiebung abgegebene Spannung, die ein potentialverschobenes Abbild der Eingangsspannung ist. Der damit gesteuerte Amplitudenbegrenzer besteht _;im einfachsten Fall aus einer Diode zwischen dem Gate und der poteritialverschobenen

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Ausgangsspannung.des Impedanzwandlers» Sie ist so gepolt, daß sie leitend wird, wenn der Abtastimpuls die erlaubte Größe überschreitet. Die Wirkung'dieses Diodenbegrenzers kann durch einen Widerstand in der Gateleitung - in· Wirkungsrichtung gesehen vor der Diode angeordnet - noch verbessert werden. Jedoch braucht dieser Widerstand im Gegensatz zu der im Stand der Technik beschriebenen Kompromißlösung nicht besonders hochohmig zu sein* Dieser Widerstand kann auch durch den Innenwiderstand der Tastimpulsquelle realisiert werdene .

f) Ausführun^sbeispiel ·

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.»

In der zugehörigen Zeichnung zeigens

Fig_e 1 Eine Abtast- und Halteschaltung nach dem Stand der Technik

Fig* 2 Die Abtastung eines Spamiungsverlaufs

3 Einen Sperrschicht-FET als Tor

4 Das Betriebsverhalten des SFlT als Tor

Fig«, 5 Das Prinzip der erfindungsgemäßen Abtast- und Halteschaltung .. · "

Fig, 6 Ein detailliertes Ausführüngsbeispiel nach Fig_e 5

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In Fig. 1 ist der bekannte Stand der Technik für Abtast- und Halteschaltungen dargestellt, nämlich die Anordnung einer Torschaltung 1, eines Speicherkondensators 2 und ,eines Inipedanzwandlers 3·

Fig. 2 zeigt, wie zur Abtastzeit der Augenblickswert der Eingangsspannung zur Speicherung festgehalten wird.

3 zeigt einen Sperrschicht-FET, der als Tor eingesetzt wird, wobei die Source-Brain-Strecke.als Schalter dient, gesteuert von der Gate-Source-Spaimung«

Fig* 4 zeigt das Betriebsverhalten des SFET als Tor. Im linken Teil des Diagramms ist die Abhängigkeit des Source-Drain-Widerstandes K^g von der Gate-Source-Spannung U_GS dargestellt* Deutlich ist links der hochohmige Bereich und nach rechts zu das Abknicken in den niederohmigen Bereich z\x erkennend Die Schraffur zeigt den Streubereich. Die rechte Kurve zeigt den Verlauf eines entstehenden Gatestromes i™ bei positiven Werten von Uq_S* Daraus ist zu erkennen, wie schwierig es ist, dem Tastimpuls die richtige Höhe zu geben, um im niederohmigen Gebiet, aber nicht im Durchlaßgebiet der Sperrschicht zu arbeiten · .

In Fig. 3 ist wiederum die Torschaltung 1, der Speicherkondensator 2 und der Impedanzwandler 3 zu erkennen, der die ' Belastung des Speicherkondensators durch die nachfolgende nicht dargestellte Schaltung auf einen nicht mehr störenden Wert herabsetzte Die in den Funktionsgruppen 1 bis 3 realisierten Schaltungen stellen den Stand der Technik dar, dessen Nachteil durch die zusätzlichen, erfindungsgemäßen Funktionsgruppen 4 bis 6 beseitigt wird« Es handelt sich um einen Impedanzwandler 4 mit der Verstärkung 1, in der Potentialverschiebestufe 3 wird das Potential seiner Ausgangsspannung auf einen zum Funktionieren des nachfolgenden gesteuerten

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Amplitudenbegrenzers 6 erforderlichen Wert verschoben, und der gesteuerte Amplitudenbegrenzer 6 begrenzt den Abtastimpuls in erfindungsgemäßer Weise·. ' . ".

In Fig. 6 stellt der Sperrschicht-Feldeffekttransistor 7 die Torschaltung dar; 8 ist.der Speicherkondensator und SFET 9 sowie Widerstand 10 bilden den Impedanzwandler gemäß 3 in Fige 5» Die Eingangsspannung steuert weiterhin den aus. .dem Transistor 11 und dem Widerstand 12 bestehenden Impedanzwandler an, dessen am Emitter von Transistor 11 entstehende Ausgangsspannung in der in Flußrichtung betriebenen Diode 13 die erforderliche Potentialverschiebung erfährt» An der Katode der Diode 13 ist die durch Potentialverschiebung aufbereitete Eingangsspannung rückwirkungsfrei verfügbare Hier ist die Begrenzerdiode 14 angeschlossen, die verhindert, daß.der SFSiT 7 bis in den Gatestrombereich ausgesteuert wird. Der Widerstand 15 unterstützt die begrenzende Wirkung der Diode 14 ξ er kann entfallen, wenn der Innenwiderstand der nicht dargestellten Tastimpulsquelle eine geeignete Mindestgröße hat_e

Es ist leicht einzusehen, daß in günstigen Fällen, nämlich dann, wenn der Innenwiderstand der nicht dargestellten Eingangs sparoaungsque lie genügend klein ist, der zur Impedanz-Wandlung und Entkopplung dienende Transistor 11 auch entfallen kann. In diesem Fall ist die Anode der zur Potentialverschiebung dienenden Diode 13 - gegebenenfalls unter Reihenschaltung einer weiteren» ebenfalls in Flußrichtung betriebenen Diode zur ausreichenden Potentialverschiebung - direkt an den Eingang der Abtast- und Halteschaltung anzuschließen*

Claims

Abtaste und Halteschaltung, bestehend aus einem Sperrschicht-Feldeffekttransistor als Torschaltung, einem Speicherkondensator und einem Impedanzwandler, gekenn-, zeichnet dadurch^ daß das Eingangssignal mit einem v/eiteren Impedanzwandler (4) verbunden ist, an dessen Ausgang sich eine das Potential in den Sollarbeitsbereich verschiebende Potentialverschiebestufe (5) anschließt, deren Ausgang mit einem gesteuerten aktiven Amplitudenbegrenzer (6)

verbunden ist, an. dem andererseits der zu begrenz-enäe Abtastimpuls anliegt_s und daß der Ausgang des Amplitudenbegrenzers (6) mit dem Gate des SEBT (1) verbunden ist·

Abtast- und Halteschaltung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch» daß die Potentialverschiebestufe eine. Diode (13) ist und daß der Amplitudenbegrenzer im wesentlichen ebenfalls durch eine Diode (14) realisiert ist«

Seiten Zeichnungen