DE1061821B - Impulsverzoegerungsschaltung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es sind Schaltungen vorgeschlagen, in denen Transistoren die Funktion von Gedächtniselementen erfüllen. Zur Erzielung dieses Gedächtniseffektes macht man Gebrauch von der meist unerwünschten Anhäufung freier Ladungsträger in der Basiszone der Transistoren, wobei die Anhäufung auf die Trägheit zurückzuführen ist, mit der die freien Ladungsträger durch die Basiszone hindurchdiffundieren, mit anderen Worten, auf die sogenannte Diffusions-Zeitkonstante des Transistors, die mit der Grenzfrequenz seines Stromverstärkungsfaktors in engem Zusammenhang steht.

In vielen Prüfvorrichtungen, in der Automatik und insbesondere bei Rechenmaschinen ist es häufig erwünscht, bestimmte Elemente mit einer gleichfalls bestimmten Verzögerung gegenüber der Steuerung anderer Elemente zu steuern. Dies kann man auf verschiedene Weise erreichen, z. B. mittels Verzögerungsleitungen oder monostabiler Triggerschaltungen.

Die Erfindung bezweckt, eine besonders einfache Schaltung mit einem Transistor zu schaffen, der die oben erwähnte Diffusions-Zeitkonstante zugrunde liegt und mit der ein elektrischer Spannungsimpuls mit einer Zeit von der Ordnung von wenigen zehntel Mikrosekunden bis einige zehntel Millisekunden genau und zuverlässig verzögert werden kann.

Die Schaltung nach der Erfindung weist das Kennzeichen auf, daß ein Spannungsimpuls mit einer größeren Breite als die gewünschte Verzögerung und mit einem der Sperrichtung der Kollektor-Basis-Verbindung des betreffenden Transistors entsprechenden Vorzeichen über einen Belastungswiderstand der Emitter-Kollektor-Elektrodenstrecke des Transistors zugeführt wird und daß ein verhältnismäßig kurzer zu verzögernder Impuls, dessen Vorderflanke zeitlich mit derjenigen des betreffenden breiten Impulses zusammenfällt, in der Durchlaßrichtung zwischen der Emitterelektrode und der Basiselektrode des Transistors angelegt wird, so daß die Spannung des breiten Impulses anfänglich nahezu völlig am Belastungswiderstand auftritt und, nach dem Wegsaugen der durch die Emitterelektrode während des kurzen Impulses injizierten Ladungsträger, an der betreffenden Kollektor-Emitter-Elektrodenstrecke auftritt.

Der kurze zu verzögernde Impuls kann z. B. direkt einer Steuerimpulsquelle entnommen werden, welche eine weitere Impulsquelle steuert, die die breiten Impulse erzeugt. Der kurze Impuls wird aber vorzugsweise vom breiten Impuls durch Differentiation dessen Vorderflanke abgeleitet.

Der verzögerte Ausgangsimpuls wird der Spannungsänderung entnommen, die bei Erschöpfung der freien Ladungsträger in der Basiszone des Transistors an dessen Kollektor-Emitter-Elektrodenstrecke auf-Impulsverzögerungsschaltung

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 18. April 1957

Nicolaas Cornells de Troije, Eindhoven (Niederlande), ist als Erfinder genannt worden

tritt. Vorzugsweise wird er durch Differentation dieser Spannungsänderung abgeleitet, z. B. mittels eines über die Kollektor-Emitter-Elektrodenstrecke des Transistors geschalteten Widerstands-Kapazitäts-Netzwerkes.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert, in der

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Impulsverzögerungsschaltung nach der Erfindung schematisch darstellt,

Fig. 2 Zeit-Spannungs-Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach der Erfindung darstellt und die

Fig. 3 und 4 die Schemata zweier weiterer Ausführungsbeispiele darstellen.

Das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel besitzt einen Transistor 1 in geerdeter Basisschaltung. Zwischen der Basiselektrode und der Emitterelektrode dieses Transistors liegt die Sekundärwicklung 2 eines Transformators 3, dessen Primärwicklung 4 mit einer Impulsquelle 5 verbunden ist. Diese Quelle ist z. B. eine Quelle von Taktimpulsen oder anderen Steuerimpulsen einer Rechenmaschine oder einer Prüfvorrichtung. Die von dieser Quelle erzeugten positiven Impulse sind verhältnismäßig kurz, z. B. von einer Dauer von 2 μβεΰ, und werden über den Transformator 3 der Emitterelektrode des Transistors 1 zugeführt. Der Kollektorkreis dieses Transistors besitzt einen Belastungswiderstand 6, der mit den Ausgangsklemmen einer Quelle 7 negativer Impulse verbunden ist. Diese Quelle wird von der Steuerimpulsquelle 5 gesteuert und liefert verhältnismäßig lange Impulse. Sie kann z. B. aus einem monostabilen Trigger be-

909 578/280

3 4

stehen. Die Kollektorelektrode des Transistors 1 wird Das in Fig. 3 dargestellte zweite Ausführungsbeisomit, während der von der Quelle 7 erzeugten langen spiel besitzt wieder einen Transistor 1 der p-n-p-Art, Impulse, mit einer Spannung gleich der Amplitude der der mit geerdeter Kollektorelektrode geschaltet ist. Ausgangsimpulse dieser Quelle gespeist. Mit der Der Kollektor-Emitter-Kreis dieses Transistors be-Kollektorelektrode des Transistors 1 ist ein Differen- 5 sitzt wieder einen Belastungswiderstand 6 und wird tationsnetzwerk verbunden, welches aus einem Kopp- von einer Quelle 7' von verhältnismäßig langen posilungskondensator 8 und einem Parallelwiderstand 9 tiven Impulsen gespeist. Im Basis-Emitter-Kreis liegt besteht, mit dem die Ausgangsklemmen 10 der Schal- wieder die Sekundärwicklung 2' eines Transfortung verbunden sind. mators 3', dessen Primärwicklung 4' mit den Aus-Die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten io gangsklemmen der Quelle T verbunden ist. Der TransSchaltung wird jetzt an Hand von Fig. 2 näher er- formator 3' ist gegenüber dem Eigenwiderstand der läutert. Die erste Zeile von Fig. 2 stellte den kurzen Quelle 7' und dem Eingangswiderstand des Tran-Steuerimpuls dar, der von der Quelle 5 erzeugt und sistors 1 derart bemessen, daß die von dieser Quelle an die Eingangsklemmen der Quelle 7 und über den erzeugten Impulse dadurch herauftransformiert und Transformator 3 zwischen die Emitterelektrode und 15 gleichzeitig differenziert werden. An die Basiselektrode die Basiselektrode des Transistors 1 angelegt wird. des Transistors 1 werden somit Impulse der in der Die zweite Zeile zeigt den verhältnismäßig langen fünften Zeile von Fig. 2 dargestellten Form angelegt, negativen Impuls, der von der Quelle 7 erzeugt wird Die Vorderflanke des ersten an die Basiselektrode und dessen Vorderflanke zeitlich mit derjenigen des gelegten negativen Impulses fällt zeitlich mit der auf der ersten Zeile wiedergegebenen Steuerimpulses 20 Vorderflanke des positiven Impulses zusammen, der zusammenfällt. Die dritte Zeile der Fig. 2 stellt die von der Quelle T erzeugt und zwischen die Kollektor-Kollektorspannung des Transistors 1 dar. Durch den elektrode und die Emitterelektrode über den Wideran seine Emitterelektrode angelegten positiven Steuer- stand 6 angelegt wird. Der in der fünften Zeile von impuls werden in der Basiszone des Transistors 1 eine Fig. 2 dargestellte zweite positive Impuls steuert den größere Zahl von freien Ladungsträgern injiziert. 25 Transistor 1 in der Sperrichtung und hat somit keine Gleichzeitig wird an die Kollektorelektrode des Tran- besondere Wirkung, da er mit der Hinterflanke des sistors, über den Belastungswiderstand 6, eine Gegen- von der Quelle T gelieferten positiven Impulses zeitspannung angelegt. Da der Transistor sofort stark Hch zusammenfällt. Mit der Emitterelektrode des stromführend ist, steht nahezu diese ganze Spannung Transistors 1 ist ein Kopplungsnetzwerk verbunden, über den Widerstand 6, und seine Kollektorelektrode 3° Dieses Netzwerk besteht aus einem Längswiderstand bleibt vorläufig und, abgesehen von einer kurzen und H und aus einem Querkondensator 12, deren gemeinschwachen negativen Spitze, nahezu auf Erdpotential. samer Punkt mit der Basiselektrode eines zweiten Nach Ablauf des Steuerimpulses bleibt der Tran- Transistors 13 der n-p-n-Art verbunden ist. Das sistor 1 infolge der in seiner Basiszone angehäuften Netzwerk 11, 12 führt eine leichte Integration der freien Ladungsträger stromführend. Da er stark in 35 Spannungsimpulse an der Emitterelektrode des Tran-Sättigung gesteuert wurde, bleibt seine Kollektor- sistors 1 herbei. Infolge dieser Integration wird der elektrode verhältnismäßig lange nahezu auf Erd- am Anfang der dritten Zeile von Fig. 2 dargestellte potential; Erst nachdem sämtliche in der Basiszone kleine und kurze negative Impuls praktisch unterdes Transistors angehäuften freien Ladungsträger aus drückt. Der Transistor 13 wird in geerdeter Emitterdieser Basiszone weggesaugt worden sind, was nur 4° schaltung betrieben. Sein Kollektorkreis enthält einen über den verhältnismäßig hochohmigen Widerstand 6 Belastungswiderstand 14 und eine Gegenspannungserfolgen kann, beginnt die Kollektorspannung abzu- quelle 15, deren andere Klemme geerdet ist. Die Ausnehmen. Nach Ablauf des langen Impulses, mit dem gangsklemmen 10 sind an Erde und, über einen der Kollektorkreis gespeist wird, wird die Kollektor- Kopplungskondensator 16, an die Kollektorelektrode elektrode des Transistors 1 plötzlich wieder auf Erd- 45 des Transistors 13 angeschlossen,
potential gebracht. Die Vorder- und Hinterflanken des Das zweite Ausführungsbeispiel arbeitet auf ähnin der dritten Zeile von Fig. 2 dargestellten Kollektor- liehe Weise wie das erste, wobei die Quelle T von Spannungsimpulses werden vom Netzwerk 8, 9 diffe- verhältnismäßig langen Impulsen mittels einer Quelle renziert, so daß spitze und kurze, in der vierten Zeile verhältnismäßig kurzer Impulse gesteuert wird. Ein derselben Figur dargestellte Impulse erzeugt werden. 50 Unterschied liegt jedoch im Umstand, daß die ver-Angenommen wird, daß an die Klemmen 10 eine Vor- hältnismäßig kurzen Impulse zum Steuern des Tranrichtung angeschlossen ist, die nur für negative Im- sistors 1 durch Differentation der verhältnismäßig pulse empfindlich ist, oder daß die positiven Impulse, langen Impulse erzielt werden. Im Emitterkreis des z. B. mittels einer parallel zum Widerstand 9 geschal- Transistors 13 könnte man eine kleine Schwellenteten Diode, unterdrückt werden. Unter diesen Ver- 55 spannungsquelle aufnehmen, so daß der Transistor 13 hältnissen wird von jedem der von der Quelle 5 nur durch positive Impulse mit einer größeren Amplierzeugten positiven Steuerimpulse ein verzögerter tude als die Schwellenspannung stromführend gemacht negativer Impuls an den Ausgangsklemmen 10 er- werden würde. Die Form der Ausgangsimpulse an zeugt. Dabei ist die Verzögerungszeit T abhängig von den Klemmen 10 würde dadurch verbessert werden, der Diffusions-Zeitkonstante des Transistors 1 und 60 wie es in der sechsten Zeile von Fig. 2 dargestellt ist. vom Wert des Widerstandes 6. Diese Diffusions-Zeit- Der in dieser Zeile dargestellte negative Ausgangskonstante ist nahezu proportional zum Reziprokwert impuls entspricht dem unterhalb einer gestrichelten der Grenzfrequenz des Stromverstärkungsfaktors des Linie d dargestellten Teil des Impulses der dritten Transistors und somit im dargestellten Falle der Zeile von Fig. 2.

Grenzfrequenz des Kollektor-Emitter-Stromverstär- 65 Das in Fig. 4 dargestellte dritte Ausführungskungsfaktors. Der Widerstand 6 ist vorzugsweise beispiel besitzt wieder einen Transistor 1 der p-n-pregelbar, so daß die gewünschte Verzögerung leicht Art, der mit geerdeter Emitterelektrode geschaltet ist. einstellbar ist und etwaige Unterschiede zwischen den Der Kollektorkreis dieses Transistors besitzt wieder Grenzfrequenzen verschiedener Transistoren ausge- einen Belastungswiderstand 6 und wird mit verhältnisglichen werden können. 70 mäßig langen negativen Impulsen gespeist, die von

einer Impulsquelle 7 erzeugt werden, die von einer Quelle verhältnismäßig kurzer Impulse gesteuert wird. Aus den langen Impulsen werden wieder verhältnismäßig kurze Steuerimpulse mittels eines aus einem Kondensator 18 und einem Widerstand 19 bestehenden Differentationsnetzwerkes gewonnen. Dieser Kreis ist an die Ausgangsklemmen der Quelle 7 angeschlossen, und die Basiselektrode des Transistors 1 ist mit dem gemeinsamen Punkt des Kondensators 18 und des Widerstandes 19 verbunden. Diese Basiselektrode erhält somit über den Kondensator 18 verhältnismäßig kurze Impulse der in der fünften Zeile von Fig. 2 dargestellten Form. Ein zweiter Transistor 17 ist über ein zweites DifEerentationsnetzwerk mit der Kollektorelektrode des Transistors 1 gekoppelt. Das zweite DifEerentationsnetzwerk besitzt einen Längskondensator 8 und einen Querwiderstand 9, so daß die Basiselektrode des Transistors 17 geerdet ist. Dieser Transistor wird in geerdeter Kollektorschaltung betrieben, so daß seine Eingangsimpedanz verhältnismäßig hoch ist. Sein Emitterkreis besitzt einen Belastungswiderstand 14, mit dem die Ausgangsklemmen 10 verbunden sind, und seine Kollektorelektrode ist über eine Speisebatterie 15 geerdet.

An der Kollektorelektrode des Transistors 1 werden wieder negative Impulse der in der dritten Zeile von Fig. 2 dargestellten Form erzeugt. Durch Differentation dieser Impulse werden verhältnismäßig kurze und spitze Impulse gewonnen, wie sie in der vierten Zeile von Fig. 2 dargestellt sind und von denen nur der negative Impuls vom Transistor 17 übertragen wird, wie in der letzten Zeile von Fig. 2 dargestellt. Mit der in Fig. 3 dargestellten Schaltung, in der der Transistor 1 mit geerdeter Kollektorelektrode betrieben wird, steht die Verzögerung T wieder im Zusammenhang mit der Grenzfrequenz des Kollektor-Emitter-Stromverstärkungsfaktors dieses Transistors. Bei der Schaltung nach Fig. 4 steht jedoch diese Verzögerung T im Zusammenhang mit der Grenzfrequenz des Kollektor-Basis-Stromverzögerungsfaktors des Transistors 1. Im letzteren Falle können somit viel größere Verzögerungen erreicht werden.

Die beschriebenen Schaltungen arbeiten gut und sehr zuverlässig. Mit der Schaltung nach Fig. 4 wurde z. B. mit zwanzig Transistoren gleicher Art eine mittlere Streuung der Verzögerung T von 5 % festgestellt mit maximalen Abweichungen von —8% und +6%. Die erreichten Verzögerungen können durch Änderung des Belastungswiderstandes 6 leicht auf denselben Wert gebracht und zwischen 10 und 60 see geändert werden. Mit einem anderen Transistortyp konnten Verzögerungen von 1 bis 10 see erreicht werden. Die eingestellte Verzögerungszeit T war in jedem Falle sehr stabil.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Impulsverzögerungsschaltung mit einem Transistor, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsimpuls mit einer größeren Breite als die gewünschte Verzögerung und mit einem der Sperrichtung der Kollektor-Basis-Verbindung des betreffenden Transistors entsprechenden Vorzeichen über einen Belastungswiderstand der Emitter-Kollektor-Elektrodenstrecke des Transistors zugeführt wird und daß ein verhältnismäßig kurzer zu verzögernder Impuls, dessen Vorderflanke zeitlich mit derjenigen des betreffenden breiten Impulses zusammenfällt, in der Durchlaßrichtung zwischen der Emitterelektrode und der Basiselektrode des Transistors angelegt wird, so daß die Spannung des breiten Impulses anfänglich nahezu völlig am Belastungswiderstand auftritt, und, nach dem Wegsaugen der durch die Emitterelektrode während des kurzen Impulses injizierten Ladungsträger, an der betreffenden Kollektor-Emitter-Elektrodenstrecke auftritt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der betreffende kurze Impuls durch Differentation der Vorderfianke des betreffenden breiten Impulses erzeugt wird.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein verhältnismäßig kurzer verzögerter Impuls durch Differentation der bei Erschöpfung der betreffenden Ladungsträger erfolgenden Spannungsänderung über die betreffende Kollektor-Emitter-Elektrodenstrecke abgeleitet wird.

4. Schaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode des betreffenden Transistors über eine stromführende Impedanz mit seiner Emitterelektrode und über einen Kondensator mit einer Klemme einer Quelle verbunden ist, welche die breiten Spannungsimpulse liefert, mit welcher Klemme zudem seine Kollektorelektrode über den betreffenden B elastungswiderstand verbunden ist.

5. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der kurze verzögerte Impuls mittels eines über die Kollektor-Emitter-Elektrodenstrecke des betreffenden Transistors geschalteten Widerstands-Kapazitäts-Netzwerkes abgeleitet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

. 909 578/280 7.59