DE1007807B - Transistor-Schaltungsanordnung fuer die Umformung von Impulsen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Schaltungen, welche die Eigenschaften von gleichrichtenden Inversionsschiöhten ausnutzen, die sich gegenseitig beeinflussen und bezieht sich insbesondere auf Schaltungen, bei denen die Betriebsleistung der Signalquelle entnommen wird.

Es ist häufig erwünscht, einen Impuls vorbestimmter Form aus einem Steuersignal abzuleiten. Schaltungen zur Ausführung dieser Aufgabe werden auch als Impulsformer oder Impulsgeneratoren bezeichnet.

Es ist bekannt, eine oder mehrere Elektroden einer Glühkathodenverstärkerröhre mit einem Schwingkreis oder mit Verzögerungsleitungen zu verbinden, die eine Stoßerregung in Abhängigkeit von Signalen zeigen, die der Steuerelektrode der Röhre zugeführt werden. Infolge des gesetzmäßigen Abklingens der Schwingungsenergie wird durch jeden Auslöseimpuls ein Wellenzug und nicht ein einzelner Impuls erzeugt. Wenn nun die auf die erste Schwingung folgenden Teile des Wellenzuges unterdrückt werden sollen, sind bisher Dioden oder andere geeignete Schaltelemente verwendet worden. Diese zusätzlichen Schaltelemente verursachen zusätzliche Kosten, müssen auf ihre Betriebsfähigkeit untersucht werden und können auch zu Ausfällen führen.

Derartige Impulsumformerschaltungen erfordern außerdem im allgemeinen außer der Signalspannung zusätzliche Kraftquellen für die Verstärkerröhre, um die Spannungen für die Elektroden zu liefern. Wenn auch die Anwendung von Transistoren an Stelle von VeTstärkerröhren mit entsprechenden Schaltungsänderungen häufig vorgeschlagen worden ist, so benötigen derartige Schaltungen ebenfalls Stromversorgungssysteme außer dem Strom, der von der Signalquelle herrührt; sie benutzen ferner besondere Anordnungen zur Unterdrückung derjenigen Teile des Impulszuges, die auf den ersten Impuls folgen. Außerdem wird bei dem Versuch, die Vakuumröhren direkt durch Transistoren zu ersetzen, häufig nicht beachtet, daß die Transistoren andere zusätzliche ihnen eigentümliche Eigenschaften aufweisen, die nicht vollständig ausgewertet oder bei dem unmittelbaren Ersatz oder der Entwicklung von äquivalenten Schaltungen nicht ausgenutzt werden.

Es ist daher ein Hauptziel der Erfindung, eine neue und vereinfachte Schaltung zur Umformung von Impulsen anzugeben.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, eine neue Transistor-Schaltungsanordnung für die Umformung von Impulsen, z. B. von Rechteckimpulsen, anzugeben. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, eine einfache Schaltung zur Auslösung und Dämpfung von Stoßwellen in einem Resonanzglied oder einer Resonanzschaltung zu schaffen.

Transistor-Schaltungsanordnung
für die Umformung von Impulsen

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M.-Eschersheim, Lichtenbergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 27. August 1954

Sorab Khushro Ghandhi, Syracuse, N. Y. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

Weitere Merkmale und Vorteile des Erfindungsgegenstandes gehen aus einem Ausführungsbeispiel hervor, das in der Zeichnung dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Schaltung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist eine Reihe von graphischen Darstellungen von Strom- und Spannungswellen, die an verschiedenen Punkten der Schaltung der Fig. 1 auftreten, wenn diese von einer Spannungsquelle verhältnismäßig kleiner Impedanz erregt wird, und

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Spannungswellen, die in der Schaltung der Fig. 1 beobachtet werden können, wenn diese von einer Spannungswelle verhältnismäßig hoher Impedanz erregt wird.

In Fig. 1 ist ein Transistor 10 dargestellt, der eine Basiselektrode 13 hat, mit der eine Kollektorelektrode 11 und eine Emitterelektrode 12 verbunden ist. Die Basiselektrode kann in an sich bekannter Weise aus einem Halbleiter bestehen, der eine Beimischung von Donator- oder Akzeptoratomen in einer im übrigen relativ reinen Substanz, z. B. Germanium oder Silizium, aufweist. Die Elektroden 11 und 12 sind in Ver-

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bindung mit der Basis 13 in an sich bekannter Weise so behandelt, daß sie je eine gleichrichtende Inversionsschicht bilden. Die Inversionsschichten, die durch die Elektroden 11 und 12 gebildet werden, sind einander so dicht benachbart, daß die Strom- und Spannungszustände an der einen Elektrode die Strom- und Spannungszustände an der anderen Elektrode beeinflussen.

Ein Generator 14 kann zwischen der Emitterelektrode 12 und der Basis 13 angeschlossen sein, während io durch den negativen Ausschlag von 25 Volt nach

11 im wesentlichen unverändert, bis der nächste positiv verlaufende Abschnitt der Eingangsspannungswelle eintrifft, worauf sich der Vorgang wiederholt. Wie sich aus den Fig. 2.9 und 2.11 in dem Buch »Principles of Transistor Circuits«, Herausgeber: Richard F. Shea, und veröffentlicht von John Wiley und Son, Inc., New York, 1953, ergibt, erzeugt das Auftreten einer Kollektorspannung und der daraus sich ergebende Fluß des Kollektorstromes, wie er

ein Impedanzkreis mit einem Kondensator 15 und einer parallel dazu liegenden Induktivität 16 zwischen der Kollektorelektrode 11 und der Basis 13 eingeschaltet sein kann. Die A^erluste in dem Schwingungskreis 15, 16 sind so bemessen, daß der Kreis weniger als kritisch gedämpft ist und daher eine Anzahl von Schwingungen ausführt, wenn ihm eine Stoßwelle des Stromes zugeführt wird. Die Ausgangssignale werden au den Klemmen 17, 18 abgenommen, die an
Schaltelementen 15,

tung 15, 16 kann irgendeine andere Vorrichtung, z. B. eine Leitung mit verteilten Schaltelementen, die einen Zug von Stoßwellen in Abhängigkeit von dem Auftreten eines Stromstoßes erzeugt, verwendet werden. Bei der Durchführung der Versuche, welche die in Fig. 2 dargestellten Wellenformen ergaben, betrug die Impedanz des Generators 14 etwa 5 Ohm, d. h. sie war weit niedriger als die Impedanz, die zwischen der Emitterelektrode 12 und der Basis 13 in dem Transistor 10 vorhanden ist. Die innere Spannungsquelle, die von dem Generator 14 hervorgerufen wird, ist in Fig. 2 (a) dargestellt und besteht aus einer Rechteckwelle mit etwa 50% Impulsdauer bei einer Amplitude von 1 Volt. In Abwesenheit von nichtlinearen Wirkungen in dem Emitterkreis des Transistors 10 würde ein Kurvenverlauf des Emitterstromes im wesentlichen der gleichen Form wie in Fig. 2 (b) erzeugt. Die theoretische Amplitude würde etwa

15 Milliampere betragen.

Die Wirkungen der Impedanz der Stromquelle gehen aus Fig. 2 (c) und 2 (d) hervor. Die Form der Spannungswelle der Fig. 2 (c) ist weitgehend derjenigen der Fig. 2 (a) ähnlich, mit Ausnahme eines negativ verlaufenden Abschnittes 20.

In ähnlicher Weise ist der tatsächlich in dem Emitterkreis des Transistors 10 fließende Strom in Fig. 2 (d) der theoretischen Stromwellenform sehr ähnlich mit Ausnahme eines kleinen Stromabschnittes 22, der noch über die Zeit hinaus andauert, wenn die theoretische Wellenform schon zu Null geworden ist. Die Wirkungen der Stellen 20 und 22 ergeben sich aus der Rückwirkung des Kollektorkreises auf den Emitterkreis und werden weiter unten ausführlich besprochen.

Die Spannungsausschläge, die in der Schaltung 15,

16 in dem Kollektorkreis auftreten, sind in Fig. 2 (e) dargestellt und bestehen aus einem positiv verlaufenden Impuls von etwa 0,8 Volt Amplitude, der mit dem Fig. 2 (e) auftritt, zuerst eine negative Spannung in dem Transistoremitterkreis, wie dies bei 20 in Fig. 2 (c) dargestellt ist, während ein positiver Wert des Stromes noch weiterfließt. Dieser weiterfließende Strom entspricht dem Abschnitt 22 in Fig. 2(d). Er ist positiv, weil nunmehr die Rolle der Stromquelle und der Belastung vertauscht worden ist, da während dieses Abschnittes der Schwingung der Emitter eine Spannungsquelle ist, welche einen Strom durch die

den Enden des Kreises mit den 20 Impedanz des Generators 14 treibt. Die Abwesenheit 16 liegen. An Stelle der Schal- einer Gleichspannungskomponente in Fig. 2 (e) wird

durch den vernachlässigbaren Gleichstromwiderstand der Wicklung 16 erklärt.

Der durch die Induktivität 16 fließende Strom ändert sich mit der Zeit gemäß der in Fig. 2 (f) dargestellten Welle. Während der Emitterstrom im positiven Bereich gehalten wird, wie dies aus Fig. 2 (d) hervorgeht, nimmt der Strom durch die Induktivität 16 exponentiell nach der Linie 24 der Fig. 2 (f) zu. Mit dem Aufhören des Emitterstromflusses geht der Stromflu'ß von der Induktivität zum Kondensator 15 über, wie dies aus Fig. 2 (g) hervorgeht, wo ein Schwingungszug beginnt. Wenn jedoch die Spannung am Kreis 15, 16 den Kollektor 11 positiv gegenüber der Basis 13 macht, hört der Stromfluß durch den Kondensator 15, wie aus Fig. 2 (g) hervorgeht, auf, während der Kollektor Energie aus der Induktivität

16 infolge des Stromflusses entsprechend dem Zweig 25 der Kurve der Fig. 2 (f) entnimmt. Der positive steile Abschnitt 26 des Stromes durch den Kondensator 15 ergibt sich aus dem Übergangsstrom von der Induktivität zur Kapazität, während die negative Flanke 27 den Stromfluß darstellt, der während des ersten Abschnittes der induzierten Stoßwelle auftritt.

Der Stromfluß, der in einem zwischen den Klemmen

17 und 18 eingeschalteten Widerstand beobachtet wird, ergibt sich aus Fig. 2 (h) und entspricht in seiner Wellenform der Ausgangsspannung der Fig. 2 (e) in der erwarteten Weise.

Die in Fig. 2 (i) dargestellte Kurve entspricht der Summe der Kurven von Fig. 2 (f) und Fig. 2 (g). Bei der Aufnahme der Kurve der Fig. 2 (i) sind die Klemmen 17 und 18 nicht durch einen Widerstand verbunden, während bei der Aufnahme der Kurve nach Fig. 2 (h), wie obenerwähnt, die Klemmen 17 und 18 durch einen Widerstand überbrückt sind.

Fig. 3 zeigt die Spannungen, die in der Schaltung der Fig. 1 auftreten, wenn der innere Widerstand des Generators 14 groß gegenüber dem Widerstand

Zeitraum zusammenfällt, wenn die Eingangsspan- 60 zwischen dem Emitter 12 und der Basis 13 ist, wobei

nungswelle der Fig. 2 (c) positiv ist. In dem Zeitmoment, in dem die Eingangsspannungswelle nach Fig. 2 (c) Null wird, erscheint ein negativer Impuls von ungefähr 25 Volt Amplitude an den Klemmen 17, 18. Wenn dieser Impuls ins Positive schwingt, wird der Kollektor 11 gegenüber der Basis 13 positiv und leitet, so daß eine sehr niedrige Dämpfungsimpedanz an der Schaltung 15, 16 Hegt, welche weitere Schwingungen unterdrückt, die etwa auftreten Fig. 3 (a) die innere Signalspannung des unbelasteten Generators darstellt. Fig. 3 (b) zeigt die Spannung zwischen der Emitterelektrode 12 und der Basiselektrode 13, die beobachtet wird, wenn eine Generatorspannung nach Fig. 3 (a) auftritt; sie enthält einen positiven Abschnitt 30, der durch das positiv verlaufende Signal erzeugt wird und auf den eine negative Flanke 31 folgt, die sich aus dem negativen Impuls ergibt, der an der Kollektorelektrode auftritt,

könnten. Danach bleibt die Spannung am Kollektor 70 wenn der Stromfluß unterbrochen wird. Nach der

Claims (5)

ersten Halbschwingung schwingt die Kollektorspannung ins positive und der Stromfluß induziert während der Entladung der Induktivität 16 eine positive Spannung, die durch die Kurve 32 dargestellt ist. Die negativ verlaufenden Impulse an dem Kollektor 11, die auftreten, wenn die Impedanz der Spannungsquelle groß im Verhältnis zur Impedanz des Emitters ist, sind in Fig. 3 (c) dargestellt. Diese Betriebsweise, die in Verbindung mit einem Generator für rechteckige Impulse entwickelt und angewendet worden ist, soll ebenso wie die Form des Generators nur als Beispiel für eine Signalquelle dienen. Als Impulsgenerator kann an Stelle des Generators 14 auch eine Spannungsquelle, z. B. ein in der Frequenz veränderlicher gewobbelter Generator verwendet werden, der eine Signalenergie liefert, die sich über ein weites Spektrum ändert. Wenn der Kreis 15, 16 auf einen Punkt innerhalb des überstrichenen Spektrums abgestimmt wird, dann wird an den Klemmen 17, 18 ein Impuls auftreten, wenn die von ao dem Generator 14 erzeugte Frequenz gleich der Eigenfrequenz des Kreises 15, 16 ist. Auch der p-n-p-Transistor ist nur als Beispiel dargestellt. Der Körper des Transistors kann aus n-Germanium, Silizium oder einem anderen geeigneten halbleitenden Material bestehen. Außerdem kann durch geeignete Abänderung der Vorspannung des Generators 14 ein n-p-n-Transistor zur Erzeugung von positiven Impulsen am Kollektor benutzt werden. Wenn an dem Generator keine Vorspannung liegt, können n-p-n oder p-n-p-Transistoren wahlweise benutzt werden, je nachdem ob positive oder negative Impulse am Ausgang erzeugt werden sollen. Bei beiden Anordnungen ist die einzige erforderliche Kraftquelle die Signalenergie selbst ohne daß noch zusätzliche Stromquellen erforderlich sind. Pa thntanspruc ii ic

1. Transistor-Schaltungsanordnung für die Umformung von Impulsen, gekennzeichnet durch eine zwischen Emitter und Basis liegende Impulssignalquelle, welche die einzige Stromquelle für den Transistor bildet, während ein Schwingkreis mit weniger als kritischer Dämpfung zwischen dem Kollektor und der Basis angeschlossen ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz der Impulssignalquelle kleiner als die Impedanz zwischen Emitter und Basis ist, wenn diese eine Spannung zur Erzeugung der größten Leitfähigkeit führen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz der Impulssignalquelle größer als die Impedanz zwischen Emitter und Basis ist, wenn diese eine Vorspannung zur Erzeugung der maximalen Leitfähigkeit aufweisen.

4. Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulssignalquelle periodisch Energie einer veränderlichen Frequenz innerhalb eines Frequenzbereiches liefert, während der Schwingungskreis mit weniger als kritischer Dämpfung eine Eigenfrequenz aufweist, die in dem Frequenzbereich liegt.

5. Schaltungsanordnung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine BelastungsvorricMung zwischen der Ausgangselektrode und der Basiselektrode eingeschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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