DE1062279B - Kippschaltung mit mehreren je einen Transistor enthaltenden Stufen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft Schaltungen mit Halbleitern, insbesondere Verstärker- und Schaltkreise mit Transistoren.

In Verstärkerschaltungen sowohl für Schaltzwecke (beispielsweise in Multivibratoren oder Trigger) als auch zur Verstärkung von schwachen Signalen, beispielsweise in Linearverstärkern, ist es bereits bekannt, Halbleiter in einer üblicherweise als »Schaltung mit gemeinsamem Emitter« oder kurz als »Emitterschaltung« bezeichneten Schaltungsanordnung zu verwenden. Hierbei ist der Emitter dem Eingangs- und dem Ausgangskreis gemeinsam.

Bei mehrstufigen Schaltungen dieser Art mußten die Transistoren der einzelnen Stufen bisher durch aus Röhrenschaltungen bekannte Schaltungen miteinander gekoppelt werden (kapazitive bzw. induktive Kopplung bei Wechselstromschaltungen, Widerstandsbzw, galvanische Kopplung, eventuell mit entsprechender Gleichstromvorspannung für eine geeignete Einstellung der Gleichstrompegel in den einzelnen Stufen, in Gleichstromschaltungen). In jedem Fall waren wenigstens in einer Stufe zusätzlich zu dem Nutzverbraucher weitere Schaltungselemente erforderlich, wenn eine nennenswerte Verstärkung erzielt werden sollte.

Die Notwendigkeit solcher Kopplungsschaltungsglieder ist sowohl aus Gründen der Wirtschaftlichkeit als auch vor allem der Betriebssicherheit von Nachteil. Insbesondere bei elektronischen Rechenanordnungen, in denen stets eine sehr große Anzahl derartiger Schaltungen verwendet wird, bedeuten diese Kopplungsschaltungen mit ihrer Vielzahl von Schaltelementen einen erheblichen Kostenfaktor und erhöhen die Störanfälligkeit derartiger Geräte beträchtlich. Eine Schaltungsvereinfachung, welche die Anzahl der Schaltungsteile möglichst zu verringern gestattet, ist daher insbesondere im Hinblick auf diese Anwendungen äußerst wünschenswert.

Die Erfindung betrifft demnach eine Kippschaltung mit mehreren je einen Transistor enthaltenden Stufen, bei denen zwischen der Basis und dem Emitter jedes der Transistoren je ein Basiskreis und zwischen dem Kollektor und dem Emitter jedes der Transistoren je ein Kollektorkreis sowie Vorrichtungen zur Übertragung von Signalen von einem Transistor zum anderen vorhanden sind.

Zur Vermeidung der oben geschilderten Nachteile bekannter Schaltungen dieser Art sieht die Erfindung vor, daß zur Vermeidung besonderer Kopplungsschaltglieder zwischen den einzelnen Stufen wenigstens ein Transistor während in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen auf tretender. Intervalle, in denen sich der erwähnte Transistor im EIN-Zustand befindet, derart als Verstärker betrieben wird, daß das Potential Kippschaltung mit mehreren
je einen Transistor enthaltenden Stufen

Anmelder:

PHILCO Corporation,
Philadelphia, Pa. (V. St. A.)

ίο Vertreter: Dipl.-Ing. C. Wallach., Patentanwalt,
München 2, Kaufingerstr. 8

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 17. Januar 1955

Ralph B. Brown, Philadelphia, Pa. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

seines Kollektors in bezug auf das Potential seiner Basiselektrode Null ist oder in Durchlaßrichtung gehalten wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Emitter der Transistoren aufeinanderfolgender Stufen auf im wesentlichen dem gleichen Potential gehalten werden.

Hierbei können nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Emitter direkt miteinander verbunden sein.

Weiter kann man den Kollektor des ersten Transistors mit der Basis des zweiten direkt verbinden.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß für beide Transistoren ein und dieselbe Kollektorspannungsquelle vorgesehen ist.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht

vor, daß zwischen dem Kollektor des ersten und der Basis des zweiten Transistors eine Kapazität liegt.

4-0 Durch die Erfindung wird es möglich, Schalt- und/ oder Verstärkerschaltungen mit Transistoren zubauen, die je Transistor nur einen einzigen Widerstand benötigen, wobei die Emitter sämtlicher Stufen auf im wesentlichen gleichen Potential liegen und die Kollektorspeisespannungen für sämtliche Stufen ein und derselben Spannungsquelle entnommen werden.

Bei der Erfindung wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß es Transistoren gibt, bei denen der Arbeitsbereich der Basisspannungen für den zweiten Transistor wenigstens einige Werte umfaßt, die innerhalb des verstärkenden Bereiches der Kollektorspannungen des ersten Transistors liegen.

Ferner beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß gewisse, im folgenden näher beschriebene Tran-

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sistortypen eine Signalverstärkung liefern, wenn ihre Kollektor-Basis-Spannung Null ist oder sogar Durchlaßrichtung hat, sofern der Kollektor in bezug auf den Emitter eine solche Polarität hat, daß er Minoritätsträger anzieht.

Durch Ausnutzung dieser beiden genannten Eigenschaften lassen sich bei Anordnung gemäß der Erfindung Transistorschaltungen für Schalt-, Verstärker- und/oder andere Signalübertragungszwecke von äußerster Einfachheit herstellen. Beispielsweise kann man mehrere solcher Transistoren in mehreren, im wesentlichen gleichen Transistorstufen, von denen jede mit gemeinsamem Emitter geschaltet ist und einen Transistor, eine direkte Verbindung vom Emitter zu einem gemeinsamen Bezugspotential (z. B. Masse) und einen einzigen Vorspannungs- und Belastungswiderstand zwischen Kollektor und einem gemeinsamen Speisepotential aufweist, zum Bau eines Gleichstromverstärkers mit sehr guten Betriebseigenschaften verwenden, indem der Kollektor der einen Stufe direkt mit der Basis der anderen Stufe verbunden wird.

Aber auch in einstufigen Verstärker- oder Schaltanordnungen bietet die Schaltung eines Transistors gemäß der Erfindung erhebliche Vorteile: Bei gleicher Vorspannung an Kollektor und Basis läßt sich eine erhebliche Verstärkung erzielen, wobei die Speisepotentiale für den Kollektor- und den Basiskreis der gleichen Speisespannungsquelle entnommen werden können, so daß sich eine entsprechende Vereinfachung in dem Vorspannungsaufwand ergibt.

Man hat für andere Zwecke bereits eine Schaltung vorgeschlagen, bei der eine direkte Verbindung vom Kollektor des einen Transistors zur Basis des anderen vorgesehen ist; nach diesem Vorschlag wird jedoch der Emitter des zweiten Transistors auf einen in bezug auf den Emitter des ersten Transistors negativen Vorspannungspotential gehalten, was der herkömmlichen Betriebsweise entspricht. Die durch die Erfindung erzielte erhebliche Vereinfachung von in Emitterschaltung betriebenen Verstärkerschaltungen läßt sich mit dieser vorgeschlagenen Anordnung nicht erreichen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Fig. ί das Schaltungsschema eines bistabilen Multivibrators gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung von Kennlinien eines Germanium-PNP-Grenzschichttransistors zur Verwendung bei der Schaltung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Kennlinien mit teilweise negativem Widerstand der Schaltung nach Fig. 1,

Fig. 4 graphische Darstellungen, auf welche bei der Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach F'ig. 1 Bezug genommen wird,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Kennlinien der Fig. 2, jedoch für einen XPN-Transistor mit gezogener Grenzschicht,

Fig. 6 die Kennlinien für einen Oberflächen-Grenzschichttransistor (der im folgenden, weil sich dieser Ausdruck noch nicht eingebürgert hat, als »Surface-Barrier-Transistor« bezeichnet wird) der N-Type,

Fig. 7 ein Schaltungsschema einer monostabilen Multivibratorschaltung gemäß der Erfindung,

Fig. 8 eine graphische Darstellung, welche gewisse von dem Multivibrator nach Fig. 7 erzeugte WelleniornH-n veranschaulicht,

Fig. 9 ein Schaltungsschema eines direkt gekoppelten Verstärkers gemäß der Erfindung,

Fig. 10 ein Schaltungsschema einer weiteren Transistorschaltung gemäß der Erfindung.

Nach Fig. 1 sind die mit 10 und 11 bezeichneten Transistoren die aktiven Elemente einer bistabilen Multivibratoranordnung gemäß der Erfindung, während die mit 12 und 13 bezeichneten Transistoren die aktiven Elemente der Stufen sind, welche den Multivibrator von dem einen stabilen Zustand in den anderen umschalten.

ίο Der Multivibratorteil der Anordnung umfaßt die beiden Transistoren 10 und 11, beide in Emitterschaltung. Die Emitter 14 und 15 liegen an demselben Potential, das bei dem dargestellten Beispiel das Erdpotential ist. Die erforderlichen Eigenschaften dieser Transistoren werden unten näher beschrieben. Zunächst kann der Hinweis genügen, daß sie typenmäßig etwa gleich sein können. Bei dem vorliegenden Beispiel ist für sie als Grundkörper ein Halbleiter der N-Type vorgesehen.

ao Die Kollektoren 16 und 17 der Transistoren 10 und 11 sind über Widerstände 18 bzw. 19 an eine gemeinsame Quelle 20 mit negativem Potential angeschlossen. Zwischen Kollektor 16 des Transistors 10 und Basis 23 des Transistors 11 bzw. zwischen Kollektor 17 des Transistors 11 und Basis 24 des Transistors 10 sind direkte Kreuzverbindungen 21 bzw. 22 ohne nennenswerten Impedanzwert vorgesehen. Abgesehen von diesen Zwischenverbindungen besteht die ganze Multivibratoranordnung nur aus den beiden Transistoren 10 und 11, den beiden Widerständen 18 und 19 und der gemeinsamen Quelle 20 für die Potentialdifferenz.

Wie unten näher beschrieben, hat der in Fig. 1 dargestellte Multivibrator zwei stabile Zustände. In dem einen Zustand ist der Transistor 10 stärker leitend als der Transistor 11. Im anderen Zustand ist der Transistor 11 stärker leitend als Transistor 10. Zur Vereinfachung soll der Zustand der stärkeren Leitung im folgenden als EIN-Zustand eines Transistors und der Zustand der schwächeren Leitung als AUS-Zustand bezeichnet werden.

Der Triggerkreis, welcher den Multivibrator in den Zustand versetzt, in welchem Transistor 10 sich in seinem EIN-Zustand befindet, umfaßt den Transistor 12, dessen Kollektor 30 und Emitter 31 direkt mit den entsprechenden Elementen des Transistors 10 verbunden sind, sowie einen Trigger-Eingangswiderstand 33, der zwischen Basis 34 des Transistors 12 und Erde liegt. Der Widerstand 33 kann auch den inneren Widerstand der Quelle der einwirkenden Signale umfassen, und er kann z. ß. den Gleichstromwiderstand des Kollektors eines weiteren Transistors darstellen. Bei Abwesenheit von Triggersignalen an den Eingangsklemmen A₁ Ä befindet sich die Basis des Transistors 12 auf demselben Potential wie sein Emitter, und sein Kollektor besitzt eine hohe Impedanz parallel zu dem Kollektor des Transistors 10. Wenn jedoch den Triggerklemmen A, A' ein negativer Impuls von ausreichender Amplitude zugeführt wird, wird Transistor 12 stark leitend und versetzt den Transistor 10 in seinen EIN-Zustand.

Ebenso besteht der Triggerkreis, welcher den Transistor 11 in seinen EIN-Zustand versetzt, aus einem Transistor 13, dessen Kollektor 36 und Emitter 37 direkt an die entsprechenden Elektroden des Transistors 11 angeschlossen sind. Die Basis 40 des Transistors 13 ist über einen weiteren Trigger-Eingangswiderstand 41 an Erde gelegt; die an den Klemmen B, B' zugeführten negativen Impulse versetzen daher den Transistor 11 in den EIN-Zustand.

Um die Arbeitsweise und den Änderungsbereich der verschiedenen Parameter der Anordnung nach Fig. 1 zu erläutern, soll zunächst der Aufbau und die Arbeitsweise an Hand einer besonderen Ausführungsform beschrieben werden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel soll jeder Transistor 10,11, 12 und 13 ein PNP-Germaniumtransistor mit legierter Grenzschicht sein. Ein solcher Transistor hat die in Fig. 2 gezeigten typischen Kennlinien. Die in Fig. 2 abwärts verlaufenden und mit den Zahlen —5, —10 usw. bezeichneten Linien sind die sogenannten Kollektorkennlinien des Transistors, die man erhält, indem man die Änderungen der Kollektorspannung mit dem Kollektorstrom für feste Werte des Basisstromes aufträgt. Die etwa waagerecht verlaufenden Linien sind die Basiskennlinien des Transistors, welche zeigen, wie die Basisspannung sich ändert, wenn die Kollektorkennlinien durchlaufen werden. So stellen die Ordinaten in Fig. 2 die Kollektorspannung oder Basisspannung des Transistors in Volt dar, während die Abszissen den entsprechenden Kollektorstrom in Milliampere darstellen. Die erste Kurve für die Kollektorspannung links von der Ordinatenachse, welche mit der Zahl —5 bezeichnet ist, erhält man mit einem Basisstrom von —5 μΑ. Die folgenden Kollektorkurven links von dieser Kurve entsprechen einer Zunahme des Basisstromes von je — 5 μΑ, wie dies durch die entsprechenden Zahlenangaben zum Ausdruck kommt.

Die Basisspannungskennlinien bilden ebenfalls eine Kurvenschar, von denen eine Kurve jedem der verschiedenen Werte des Basisstromes entspricht, die bei der Aufnahme der Kollektorkennlinien verwendet wurden. Die unterste Basisspannungskennlinie, die auch am weitesten nach ldnks verläuft und unmittelbar oberhalb des senkrechten Teiles der Kollektorspannungskurve für —35 μΑ abbricht, erhält man bei —35 μΑ Basisstrom. Die Basisspannungskurven für progressiv abnehmende Werte des Basisstromes liegen progressiv höher und brechen in jedem Falle oberhalb des senkrechten Teiles der für den gleichen Kollektorstrom erhaltenen Kollektorkennlinie ab.

Durch Eintragen der Kollektor-Basis-Kennlinien in das gleiche Schaubild mit derselben Kollektorstromskala (wie in Fig. 2) wird das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der notwendigen und gewünschten Eigenschaften eines Transistors, der zur Verwendung mit direkter Kopplung (wie bei der Schaltung nach Fig. 1) geeignet ist, leicht erkennbar. Wie im folgenden gezeigt wird, wird fast jederzeit, während die Schaltung nach Fig. 1 in Betrieb ist, der eine oder andere der Transistoren 10 und 11 so betrieben, daß sein Kollektor gegenüber seiner Basis unter einer Vorspannung in der Durchlaßrichtung steht. Unter diesen Umständen kann eine Transistorverstärkung erzielt werden, wenn die Basisspannungskennlinien ausreichend weit in negativer Richtung reichen, so daß mindestens eine der Kollektorkennlinien einen oberhalb der Basisspannungskurven liegenden Teil hat, in dem der Transistor mit wesentlicher Verstärkung arbeiten kann. Das Verstärkungsvermögen wird in diesem Bereich durch die waagerechten Abstände der darinliegenden Kollektorkennlinien dargestellt. Je größer die Abstände sind, desto größer ist die erzielbare Verstärkung.

Aus den Kurven der Fig. 2 geht hervor, daß, wenn der Basisstrom bei dem Germaniumtransistor mit legierter Grenzschicht, dessen Kennlinien dargestellt sind, größere negative Werte annimmt, die maximale Basisspannung weniger stark abnimmt. Bei diesem Transsitor kann die Basisspannung nicht unter etwa —0,65 V gesenkt werden, ohne daß Ströme solcher Höhe entstehen, daß der Transistor beschädigt wird. Die tiefer liegenden Basisspannungskurven enthalten jedoch Spannungswerte, die ausreichend klein sind, so daß sie unterhalb eines Bereiches der Kollektorkennlinien liegen, innerhalb dessen eine Transistorverstärkung erzielt werden kann. Daher ist es bei diesen Transistoren möglich, die gleiche Spannung für die

ίο Basis des einen und für den Kollektor des anderen Transistors zu verwenden und trotzdem eine ausreichende Verstärkung zu erzielen.

Der Multivibrator nach Fig. 1 mit den beschriebenen Schaltungswerten hat bei dieser Ausführungsform folgende zwei stabile Zustände. (Im folgenden wird mit »EIN-Transistor« und »AUS-Transistor« der im EIN- bzw. AUS-Zustand befindliche Transistor bezeichnet.) Am EIN-Transistor liegt eine Kollektorspannung von —0,03 V und eine Basisspannung von —0,33 V, es fließen ein Kollektorstrom von —1,48 mA und ein Basisstrom von —1,14 mA. Am AUS-Transistor liegt eine Kollektorspannung von —0,33 V und eine Basisspannung von —0,03 V, während ein Kollektorstrom von — 0,06 mA und Basisstrom von ungefähr —3 μΑ fließen.

Der zur Umkehr der EIN-AUS-Zustände dienende Triggerpuls, der dem Kollektor des AUS-Transistors zugeführt wird, kann so gewählt sein, daß er die Kollektorspannung dieses Transistors im wesentlichen auf Erdpotential, z. B. auf —0,03 V erhöht. Wenn also Transistor 10 zunächst im AUS- und Transistor 11 im EIN-Zustand ist, so ist ein dem Kollektor 16 des Transistors 10 zugeführter Triggerpuls, der ausreicht, die Kollektorspannung des Transistors 10 und die Basisspannung des Transistors 11 auf etwa — 0,03 V zu erhöhen, wirksam, wenn er während einer ausreichend langen Zeitdauer zugeführt wird, so daß der Kollektorstrom des Transistors 11 wesentlich verringert wird. Dadurch sinkt die Kollektorspannung des Transistors 11 und damit die Basisspannung des Transistors 10 auf etwa —0,33 V, so daß sich Transistor 10 im EIN-Zustand befindet. Sobald der Triggerpuls aufhört, wird jeder Transistor in dem entgegengesetzten Zustand hinterlassen, also Transistor 10 im EIN- und Transistor 11 im AUS-Zustand. Ein negativ gerichteter Puls von etwa 15 μεεΰ Dauer und 0,15 V Amplitude, der den Triggerklemmen A, A' zugeführt wird, reicht aus, um in dieser Weise Transistor 10 in den EIN-Zustand und Transistor 11 in den AUS-Zustand zu bringen. Wird der gleiche Impuls den Triggerklemmen B, B' zugeführt, so wird Transistor 11 EIN- und Transistor 10 AUS-geschaltet.

Fig. 3 zeigt unter einem anderen Gesichtspunkt die Faktoren, die eine bistabile Arbeitsweise beeinflussen. Hier sind die beiden möglichen Werte eines Stromes, der durch einen der Kollektorlastwiderstände des bistabilen Multivibrators der Fig. 1 fließt, an der negativen senkrechten Achse in Mikroampere und in logarithmischem Maßstab aufgetragen, während die entsprechenden negativen Kollektorspannungen des gleichen Transistors an einer waagerechten logarithmisch geteilten Skala in Volt aufgetragen sind. Die Kurve L verbindet dann Wertepaare des durch einen Kollektorwiderstand fließenden Stromes und der Kollektorspannung desselben Transistors für verschiedene Werte der Kollektorbelastungswiderstände 18 und 19 (Fig.l). Die Kurve V z.B. ist die Belastungskennlinie für Kollektorwiderstände von 1000 Ohm und schneidet die Kennlinie L bei etwa 1,4 mA und bei

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1,1 mA, was den obenerwähnten EIN- und AUS- spannung des Transistors 10 anfänglich nahezu Null, Werten der Ströme durch den Kollektorwiderstand z.B. —0,03V, während die Kollektorspannung des entspricht. Die Neigung der Kurve L stellt daher in Transistors 11, wie die gestrichelte Linie zeigt, verjedem Punkt den Widerstand des Kreises in dem an- hältnismäßig stark negativ ist und z. B. — 0,33 Volt gegebenen Zustand dar. Der ansteigende Teil der 5 beträgt. Beim Auftreten des negativen Triggerpulses Kurve L in dem Bereich M-JV mit positiver Neigung an den Klemmen B, B', der durch Kurve A in Fig. 4 zeigt die Werte von Kollektorspannung und Kollektor- dargestellt wird, werden die Kollektorspannung des spannung und Kollektorstrom, die sich für verschie- Transistors 11 und die Basisspannung des Transistors dene Kollektorwiderstände im EIN-Zustand dieses 10 in positiver Richtung geändert, bis sie etwa Transistors ergeben. Der steigende Teil der Kurve L io — 0,03 V betragen. Da die Basisspannung des Tranin dem anderen Ast P-Q mit positiver Neigung stellt sistors 10 fast bis zur Höhe der Emitterspanmmg die entsprechende Kollektorspannung und den KoI- dieses Transistors gestiegen ist, ist hierdurch der lektorwiderstandsstrom für den AUS-Zustand des- Transistor 10 praktisch AUS-geschaltet, während die selben Transistors dar. Der dazwischenliegende Teil Kollektorspannung dieses Transistors und damit die P-M der Kurve stellt negative Widerstände dar. Die 15 Basisspannung des Transistors 11 negativer werden Aufgabe der den Anschlüssen A, Ä und B, B' in und den Wert — 0,33 V annehmen. Beim Ende des Fig. 1 zugeführten Triggerpulse besteht darin, daß sie Triggerpulses ist der Multivibrator in seinen anderen den Arbeitspunkt des Transistors von dem einen der Zustand umgeschaltet, in dem er verbleibt, bis ein Äste mit positivem Widerstand der Kennlinie L auf Triggerpuls an den Anschlüssen A, Ä auftritt, unter den anderen verlegen. 20 dessen Einfluß sich der umgekehrte Vorgang abspielt

Bei diesem Beispiel entsprechen die obersten Teile und der Multivibrator in seinen ursprünglichen Zu-

der in Fig. 3 dargestellten Kennlinie L Kollektor- stand zurückkehrt.

widerständen von etwa 160 Ohm, während die Stücke Da die Basis jedes der beiden Transistoren auf

der Kennlinie in der Nähe ihres unteren Endes KoI- demselben Potential liegt wie der Kollektor des an-

lektorwiderständen von etwa 50 kOhm entsprechen. 25 deren, stellt die ausgezogene Kurve W bei C in Fig. 4

Der obere Teil der Kennlinie L kann nach wesentlich nicht nur den Verlauf der Kollektorspannung des

geringeren Werten des Belastungswiderstandes hin Transistors 10, sondern auch die Basisspannung des

verlängert werden, wodurch eine geschlossene Kurve Transistors 11 dar und ebenso die gestrichelte Kurve

entsteht. Beispielsweise führen Kollektorwiderstände nicht nur den Verlauf der Kollektorspannung des

von etwa 50 Ohm zu einem einwandfreien Betrieb. 30 Transistors 11, sondern auch den der Basisspannung

Die Form des unteren Endes der Kurve L soll des Transistors 10. Außer an den Stellen, in denen

lediglich der Verdeutlichung dienen. In der Gegend sich die Kurven schneiden, arbeitet immer einer der

des Punktes P wird die Anordnung instabil, so daß beiden Transistoren in der Weise, daß sein Kollektor

genaue Messungen schwierig werden. über seiner Basis eine Vorspannung in Durchlaßrich-

Eine kurze Betrachtung der Anordnung der Fig. 1 35 tung hat, während Kollektor und Basisspannung an bei den obengenannten typischen Arbeitsbedingungen den Schnittpunkten einander gleich sind. An keiner des bistabilen Multivibrators zeigt klar, daß, da der Stelle des ganzen Arbeitskreislaufs arbeiten beide Kollektor jedes Transistors unmittelbar mit der Basis Transistoren in üblicher Weise, d. h. mit einer KoI-des anderen Transistors verbunden ist, jederzeit die lektorvorspannung in Sperrichtung.
Kollektor-Basis-Spannung des einen Transistors der 40 Für verschiedene Anwendungen können Änderunnegative Wert der Kollektor-Basis-Spannung des an- gen der verschiedenen Bestimmungsgrößen der Schalderen Transistors ist. Das Funktionieren der Schal- tung nach Fig. 1 erforderlich sein. Gemäß einem tung beruht daher auf der Tätigkeit sowohl der Tran- Merkmal der Erfindung ist die Schaltung sehr unempsistoren, deren Kollektoren gegenüber ihren Basen in findlich gegen solche Änderungen, wenn bei den verDurchlaßrichtung vorgespannt sind, als auch derjeni- 45 wendeten Transistoren eine geeignete Beziehung gen Transistoren, deren Kollektoren in der üblichen zwischen den Kollektor- und Basiskennlinien besteht. Richtung vorgespannt sind. Die einzigen verwendeten Schaltungsteile sind die

Diese Arbeitsweise wird ausführlicher in Fig. 4 Kollektorwiderstände und die Spannungsquelle, und dargestellt, in der dieAbszissen dieZeit und dieOrdi- jeder von diesen oder beide können innerhalb eines naten die Signalamplitude angeben. Die Kurve A der 50 verhältnismäßig großen Bereiches geändert werden. Fig. 4 stellt einen typischen Triggerpuls dar, der zum Zum Beispiel können die Kollektorwiderstände 18 Umschalten der Anschlüsse B, B' geeignet ist, wo- und 19 bei der abgebildeten Ausführungsform Werte durch der Transistor 10 AUS- und der Transistor 11 von 50 bzw. 50 000 Ohm haben, sofern die Verlust-Ei N-geschaltet wird. Die Kurve B zeigt einen ent- leistung der Transistoren nicht überschritten wird, sprechenden Puls, der zum Umschalten der An- 55 Der bistabile Multivibrator arbeitet ebenfalls zuf riedenschlüsse A, Ä geeignet ist, wodurch der Multivibrator stellend bei Speisespannungen von nur —0,2 V oder wieder in seinen Ausgangszustand zurückkehrt, in bei vielfach höheren Speisespannungen, z. B. —45 V. dem der Transistor 10 stark leitet. Bei C wird durch Hinsichtlich der Art des verwendeten Transistors eine ausgezogene Linie W die Kollektorspannung des ist zu sagen, daß jeder Transistor, der mit Verstär-Transistors 10 dargestellt, welche gleichzeitig die 60 kung arbeitet, wenn sein Kollektor gegenüber seiner Basisspannung des Transistors 11 ist. Durch eine ge- Basis an einer Vorspannung in Durchlaßrichtung strichelte Linie wird der Verlauf der Kollektorspan- liegt, in solchen Schaltungen verwendet werden kann, nung des Transistors 11 dargestellt, die der Basisspan- Das bedeutet allgemein, daß sich aus den Basisspannung des Transistors 10 gleicht. In jedem Falle gibt nungskurven für den betreffenden Transistor (wie den eine waagerechte Gerade 0 das Nullpotential gegen- 65 in Fig. 2 dargestellten Kurven) die Möglichkeit zur über dem Emitter an. Ausnutzung von Basisspannungen ergeben muß, die

Bei der als Beispiel genannten Arbeitsweise ist im mindestens solche negativen Werte haben, daß sie als

Anfangszustand des Multivibrators der Transistor 10 Kollektorspannungen zu einer angemessenen Verstär-

EIN- und der Transistor 11 AUS-geschaltet. Wie die kung des Transistors führen. Es hat sich herausgeausgezogene Linie W in Fig. 4 zeigt, ist die Kollektor- 70 stellt, daß im wesentlichen alle handelsüblichen Tran-

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sistoren mit legierter Grenzschicht für diesen Zweck der Stroraverstärkungsfaktor (alpha) des Transistors, geeignet sind und daß der Surface-Barrier-Transistor und zwar durch Verringerung der Speisespannung, gcfür diese Arbeitsweise besonders geeignet ist. Alle senkt wurde. Die Speisespannung kann auf hohe bekannten handelsüblichen Arten von Transistoren Werte, wie — 45 V, gesteigert werden, wobei die KoI-mit gezogener Grenzschicht oder mit Ptinktkontaktcn 5 lektorwiderstände entsprechend zu erhöhen sind, dahaben sich jedoch als ungeeignet für diesen Zweck mit die Ströme begrenzt werden,
herausgestellt. Als Beispiel sind in Fig. 5 die im Wird ein typischer Surface-Barrier-Transistor mit großen und ganzen nach unten verlaufenden Kollektor- N-Germanium von etwa 1 Ohm-cm spezifischem kennlinien dargestellt und die im wesentlichen waage- Widerstand und kreisförmigen Emitter- und Kollektorrecht verlaufenden Basiskennlinien für einen typischen io kontakten aus Indium von etwa 4 bzw. 7 Tausendstel XPN-Transiätor mit gezogener Grenzschicht. Diese Zoll (mils) (umgerechnet 0,1 bzw. 0,18mm), mit ICoI-Kurven sind gegen die gleiche Skala und für dieselben lektorwiderständen von l.SkOhm und einer Speise-Basisströme wie Fig. 2, jedoch mit umgekehrten spannung von — 1,5 V verwendet, so bestehen die Polaritäten aufgetragen, da der Transistor vom ent- folgenden Betriebsbedingungen für den bistabilen gegengesetzten Leitfähigkeitstyp ist. Fig. 5 zeigt, daß 15 Multivibrator. Im EIN-Zustand beträgt der Kollektordie erreichbaren Maximalwerte der Basisspannung strom etwa 900 μΑ und die entsprechende Koll-sktorhier noch nicht ausreichend groß sind zur Erzeugung spannung etwa —0,15 V, dagegen im AUS-Zustand einer Kollektorspannung, die für einen Transistor- der Kollektorstrom etwa 650 μΑ und die Kollektorbetrieb mit nutzbarer Verstärkung geeignet wäre. spannung etwa — 0,52 V.

Die Anordnung nach Fig. 1 wird vorzugsweise da- 20 In Fig. 6 sind die Kollektorkennlinien und die durch umgeschaltet, daß eine ausreichende Spannung Basiskennlinien für einen solchen Surface-Barrier der Basis des EIN-Transistors eine ausreichende Zeit Transistor dargestellt, wobei die gleichen Skalen wie lang zugeführt wird, wodurch der Strom im Kollektor- in Fig. 2 gewählt sind. In diesem Falle sind die erkreis des ETN-Transistors auf den geringen Wert, reichbaren Basisspannungen verhältnismäßig stark den er im AUS-Zustand hat, verringert wird. Die 25 negativ, verglichen mit dem Knick in den Kollektorgenauen Werte für Amplitude und Dauer des Trigger- Stromkennlinien der Schaltung. Es ist daher ein Bepulses, die für eine bestimmte Anwendung vorzu- trieb- in der Gegend der Kailektorkennlinien möglich, ziehen sind, können leicht durch Versuche ermittelt in der volle Verstärkung auftritt,
werden. Wie Fig. 3 zeigt, sollte jedoch zur zuverlässi- Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 1 ist, gen Umschaltung die Amplitude des Triggerpulses 30 wenn Surface-Barrier-Transistoren verwendet wermindestens so groß sein, daß sie die Kollektorspan- den, im Grunde die gleiche wie die im einzelnen für nung des EIN-Transistors von ihrem EIM-Wert in Germaniumtransistoren mit legierter Grenzschicht beder Gegend .V/-zV der Kurve L auf eine Spannung an schriebene. Bei der Ausführungsform mit Surfaceder gegenüberliegenden Seite des Kennlinienteiles Barrier-Transistoren können jedoch wesentlich kürzere M-P mit negativem Widerstand der gleichen Kurve 35 Triggerpulse verwendet werden. Zum Beispiel sind verringert. Ferner sollte die Pulsdauer, im Zu- Werte von 0,2 μΒ^ο geeignet. Die Anstiegs- und Absammenhang mit der Pulsamplitude betrachtet, groß fallzeiten und Mindestdauern der von diesem Multigenug sein, damit die Überschußstromträger, welche vibrator erzeugten Pulse können außerdem bei dieser normalerweise in dem EIX-Transistor infolge Sätti- Form eines Halbleiterverstärkers wesentlich kleiner gung vorhanden sind, entfernt werden können und da- 40 sein, z. B. kleiner als etwa 0,1 μεεσ.
mit die Kollektorspannung des EI\^T-Transistors in Bei dem Transistor mit legierter Grenzschicht oder der gewünschten Weise geändert werden kann. Bei dem Surface-Barrier-Transistor kann die Ausgangseinem Germaniumlegierungstransistor ist ein nega- größe von dem einen oder anderen Kollektor abgetiver Puls von Ϊ5 μεεο Dauer von 0,15 λ" Amplitude, nomrnen werden, und es können Ströme von sogar der den einen oder den anderen Triggeranschlüssen 45 1 mA dem Ausgang entnommen werden, ohne daß die zugeführt wird, völlig ausreichend zur Umschaltung Arbeit der Einrichtung gestört wird,
des Multivibrators aus dem einen Zustand in den Obwohl vorzugsweise für beide Transistoren des anderen, obwohl auch kleinere Pulse mit Erfolg ver- !«'stabilen Multivibrators gleiche Kollektorwiderstände wendet werden können. Im allgemeinen sinkt die er- verwendet werden, sind doch stark unterschiedliche forderliche Triggerspannung, wenn die Kollektor- 5° Werte statthaft. Eine einwandfreie Arbeitsweise kann widerstände vergrößert werden. Zum Beispiel ist für z. B. mit Widerständen erzielt werden, deren 'Werte Kollektorwiderstäude von 57 Ohm eine Triggerpuls- um 30% voneinander abweichen,
amplitude von 0,39 V angebracht, dagegen für KoI- In Fig. 7 sind Teile, die denen der Fig. 1 entlektorbelasrungswiderstände von 10 kOliin eine Span- sprechen, mit entsprechenden Bezugszeichen versehen, nung von 0.09 V. 55 Wie Fig. 7 zeigt, kann die Schaltung des bistabilen

Es sollen mm einige Beispiele für die Arbeitsweise Multivibrators nach Fig. 1 dadurch in die Schaltung eines bistabilen Multivibrators in dieser Schaltung mit eines monostabilen Multivibrators verwandelt werverschiedeniMi Werten der Schaltungsteile genannt den, daß ein Kondensator 49 in Reihe in eine der Yerwerck'ii. Bei Kollektorwiderständen von 150 Ohm und bindungen zwischen dem Kollektor des einen Tran-Germaniiuiik-gieruiuistraniistorai beträgt im AUS- 60 sistors und der Basis des anderen geschaltet wird und Zustand der Kollektorstrom 5 mA und die Kollektor- daß ein weiterer Widerstand 50 zwischen die in dieser spaniuniii 0,65 V. im EIX-Zustand der Kollektorstrom Weise geschaltete Basis und die Speisespannungs-X.5 mA und die Kollektorspannung* 0,07 V. Werden quelle gelegt wird. In diesem Falle wird der Trigg-er-KoH-cktonviikT.stände von 36 kOhm verwendet, .so be- puls nur ck-m Kollektor zugeführt, der mit dem Koppträgt ini AUS-Zustand der Kollektorstrom 36 μΑ und 65 lungskoiidinsator verbunden ist, da der Multivibrator (lit- Kuikktorspannung 0,093 Y, im ΕΙλ'-Zustand der selbsttätig in seinen normalen leitenden Zustand ;:u-KoIMiiorstroin 37 μΑ und <!n> Kolk'ktorspaiinung rückkehrt.

0,03.-1 \ . IVi I nuiM-storcn ckr genannten Type wurden Bf i einer typischen Ausführungsform der Schaltung

Speisespannungen von nur —0,2V verwendet. Die nach Fig. 7 mit den obenerwähnten Gcnnaniuiiitran-

untere Grenze wurde anfangs dadurch eingestellt. da!.l 7° sistoren mit legierter Grenzschicht können die KoI kk-

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tonviderstände wiederum je 1 kOhm betragen und die Kondensators 49 und des Widerstandes "50 und zu Speisespannung —1,5 V. In diesem Falle wird der einem geringeren Grade von der Größe des Widerzweite Transistor 11 normalerweise durch eine über Standes 18 ab. Die Pulslänge ist der Kapazität des den Widerstand 50 zugeführte Vorspannung in stark Kondensators 49 direkt proportional, leitendem Zustand gehalten. Transistor 11 hat dann 5 Nach einem Merkmal dieser Ausführungsform der eine Kollektorspannung von — 0,06 V und eine Basis- Erfindung kann der Triggerpuls lang sein, verspannung von etwa —0,18 V, wenn keine Trigger- glichen mit der Dauer des Niehtleitens dss Transistors pulse vorhanden sind. Der erste Transistor 10 mit 11, ohne daß der am Kollektor des Transistors 11 ereiner Basisspannung von etwa — 0,06 V hat in diesem zeugte Puls wesentlich geändert wird. Da der sich aus Beispiel dann eine Kollektorspannung von etwa io der Differenziation der Endflanke des Triggerpulses — 1,4 V. ergebende Puls positiv ist und da die Basis des Tran-Ein Triggerpuls von etwa — 0,25 V Amplitude und sistors 11 schon stark leitet, erzeugt dieser positive mindestens 1 μ5€ΰ Dauer kann den Triggereingangs- Puls nur eine kleine Änderung der ßasisspannung und klemmen A, A' zugeführt werden und wird nach im wesentlichen keine Änderung der Kollektorspan-Differenzierung durch den Kopplungskondensator 49 15 nung des Transistors 11.

und den Widerstand 50 der Basis des Transistors 11 Dauert der Triggerpuls langer an, was durch eine als ein positiver und ein darauffolgender negativer unterbrochene Linie bei A in Fig. 8 dargestellt ist, so Puls zugeführt. Der positive Puls bringt den Tran- dauert der Puls am Kollektor des Transistors 10 eine sistor 11 bis über den AUS-Zustand hinaus. Er bleibt entsprechende Zeit lang an, was durch die gestrichelte in diesem Zustand, bis die Ladung des Kopplungs- 20 Linie bei B dargestellt ist. Die dem Auftreten der kondensator 49 durch den Widerstand 50 zur Erde Endflanke des Triggerpulses entsprechende negative abgeflossen ist, wird dann wieder leitfähig und kehrt Zacke ist jedoch klein (gestrichelte Linie bei D), und in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Sowohl - die Kollektorspannung des Transistors 11 ist im während Transistor 11 ALTS-geschaltet ist, als auch wesentlichen frei" von irgendwelchen hierdurch aufwährend er wieder zu leiten beginnt, tritt durch die 25 tretenden Störungen.

Rückkopplung vom Kollektor des Transistors 11 zur Bei einer typischen Ausführungsform, die zur ErBasis des Transistors 10 eine Rückkopplungsverstär- zeugung eines Pulses von 40 ;j.sec Dauer dient und kung auf, die den Vorgang beschleunigt. einen Germaniumtransistor mit legierter Grenzschicht Die Formen der an verschiedenen Stellen der Schal- und Kollektorwiderstände von 1 kOhm aufweist, kann tung nach Fig. 7 auftretenden Wellen sind in den 30 der Widerstand 50 einen Wert von 1,8 kOhm und der Einzeldarstellungen der Fig. 8 abgebildet. Die Ordi- Kondensator 49 einen Wert von 0,01 \\F haben. Wird naten stellen die Signalamplitude und die Abszissen der Widerstand 50 auf 20 kOhm geändert, so beträgt die Zeit im gleichen Maßstab dar. Diese Kurven die Pulsdauer unter sonst gleichen Bedingungen etwa dienen nur der Verdeutlichung und sollen keine ge- 200 μ»εΰ. Ein anderes Beispiel: Bei Widerständen von Hauen Welknformen für eine bestimmte Ausführungs- 35 1 kÖhm in den Kollektorkreisen und einem Kondenform darstellen. Bei A in Fig. 8 stellt eine ausgezogene sator von 0,003 μΡ können durch Änderung des WiderLinie die Wellenform eines typischen Triggersignals Standes 50 Pulse erzeugt werden, deren Dauer zwidar, das zur Betätigung des Multivibrators geeignet sehen 60 und 20 ^isec liegt. Wird die Kapazität dann ist. Bei D ist in einer ausgezogenen Linie die Kollek- auf 0,006 μι verdoppelt, so können durch Änderung torspannung des Transistors 10 dargestellt, die vor 40 des Widerstandes 50 Pulse von 100 bis 20 \isec Dauer dem Triggerpuls nahezu gleich der Speisespannung erzeugt werden. Bei dieser Art Transistor liegt die ist. Während des gleichen Zeitabschnittes vor Auf- Anstiegszeit des Ausgangspulses in der Größenordtreten des Triggerpulses hat die Kollektorspaniiung nung von 15 n.sec.

des normalerweise ElX-geschalteten Transistors 11, Wird ein Surface-Barrier-Transistor der obengewie bei C dargestellt ist, einen etwas unterhalb des 45 nannten Art in dieser Schaltung verwendet, so können Erdpotentialb liegenden Wert. Die Basisspannung des die Speisespannungen und Kollektorwiderstände Transistors 11, dargestellt bei D, ist stark negativ, so — 1.5 V bzw. 1 kOhm betragen. Ein geeigneter Wert daß der Transistor in dem gesättigten Zustand ist. für den Widerstand 50 ist 8,2 kOhm. In diesem FalL· Sobald jedoch die Anfangsflanke des bei A dar- liegt bei einem Wert des Kondensators 49 von 3OpF gestellten Triggerpulses auftritt, steigt die Basisspau- 50 die Pulsdauer in der Größenordnung von 0,2 usec. nung des Transistors 11, wie die ausgezogene Linie Wird der Kondensator 49 auf einen Wert von bei D zeigt, stark an, wodurch der Transistor 11 20 000 pF geändert, so kann die Pulsdauer auf AUS-geschaltet wird. Dabei werden die Kollektor- 130 iisec erhöht werden. Bei einem derartigen Transpannung des Transistors 11 und damit die B.asisspaii- sistor liegen die Anstiegs- und Abfallzeiten in der ming des Transistors 10 rasch stärker negativ, wo- 55 Größenordnung von 0,1 μϊ£ΰ.

durch der Transistor 10 zu leiten beginnt und wo- Zur Erzeugung der beschriebenen monostabilen durch die Kollektorspannung dieses Transistors, wie Arbeitsweise und unter Verwendung der Schaltung bei Π abgebildet, in Richtung auf Null ansteigt. In nach Fig. 7 wird gewöhnlich ein Widerstand 50 gediesem Zustand, in dem der Transistor 10 gesättigt wählt, der ausreichend klein ist, so daß der Transistor und der Transistor 11 AUS-geschaltet ist, bleibt der 60 11, sofern kein Triggerpuls auftritt, im gesättigten .Multivibrator, bis die Basisspannung des Transistors Zustand gehalten wird. 1st der Widerstand 50 so groß, 11. \v:e bei D in Fig. 8 gezeigt, bis auf etwa das daß der Transistor 11 normalerweise zwischen seinem liinitterporential abfällt. Dann beginnt der Transistor ACS- und seinem gesättigten Zustand ist, so kann die 11 wiederum zu leiten, wodurch seine KoUektorspan- abgebildete Schaltung als ein instabiler selbstschwinnunsi positiver wird tmd Transistor 10 riickkopplungs- 65 gender Multivibrator verwendet werden. Werden z. H. artig noch stärker ACS-geschaltet und damit (las Ab- die oben beschriebenen Surface-Barrier-Trausistoreii Milken der Basisspannung des Transistors 11 beschleu- verwendet, so >clnvingt der Multivibrator mit Widerlegt wird. Die y.-oni Sinken der !Jasisspanming cks bänden 18 und 19 von 510 bzw. 750 Ohm, einem i :ai!sistors 11 auf Emitterpotential benötigte Zeit Kopplungskondensator 49 von 0,01 μΙ-" und einem hängt in erster Linie von der Zeitkonstante RC des 70 Widerstand 50 von 22 kOhm ohne Verwendung von

CX)PY BAD ORIGINAL

Triggerpulsen bei einer Frequenz von etwa 285000 Pulsen pro Sekunde. Die Pulse haben dabei Amplituden von etwa — 1,4 V und eine Dauer von etwa 12 nsec am Kollektor des Transistors 10. Bei der in Fig. 7 abgebildeten Ausführungsform wird der Transistor 11 normalerweise so betrieben, daß seine Basis negativer ist als sein Kollektor, so daß seine Kollektorspannung groß genug ist, um den Transistor 10 in einem Zustand geringer Leitfähigkeit zu halten. Obgleich die Einrichtung in dieser ungewöhnlichen Weiße betrieben wird, liefert sie die für die Rückkopplungswirkung und die oben beschriebene monostabile Arbeitsweise notwendige Verstärkung. Daher ist eine unmittelbare Verbindung des Kollektors des Transistors 11 mit der Basis des Transistors 10 ohne zusätzliche Schaltungsteide oder Vorspannungen möglich, was wesentlich zur Vereinfachung der Schaltung beiträgt.

Obgleich bisher nur Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, bei denen eine Rückkopplung zwischen Ausgang und Eingang verwendet wird, kann die Erfindung auch angewendet werden auf kaskadenartige Schaltungen, die als Signal verstärker arbeiten. Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 9 dargestellt, bei der drei in Kaskade geschaltete, direkt gekoppelte Transistorstufen verwendet werden und zur Leistungsverstärkung des Ausgangspulses eines monostabilen Multivibrators, wie des in Fig. 7 abgebildeten, dienen, wodurch der notwendige Strom zur Speisung einer verhältnismäßig großen Anzahl von Transistorblasen geliefert wird. In diesem Falle liefert ein Multivibrator 60, der von der oben beschriebenen Art sein kann (vgl. Fig. 1 und 7), ein Eingangssignal in Form eines negativ gerichteten Pulses, mit dem zehn normalleitende, parallel geschaltete Transistoren 61 in den Zustand mit geringem Stromfluß umgeschaltet werden sollen. Als Beispiel soll angenommen werden, daß den Basen ein Gesamtstrom von etwa 30 mA zugeführt werden soll. Solche verhältnismäßig großen Ströme haben sich als zweckmäßig herausgestellt für den Fall, daß eine große Anzahl von willkürlich gewählten Transistoren betrieben werden soll. Hierdurch wird die Möglichkeit einbezogen, daß einer oder mehrere der betriebenen Transistoren einen außergewöhnlich hohen Basisstrom verbraucht.

Zur Erzeugung der erforderlichen Stromverstärkung können drei in Kaskade geschaltete Transistorstufen verwendet werden, von denen jede einen einzelnen Transistor und einen einzelnen Kollektorbelastungswiderstand enthält. Ferner ist eine gemeinsame Speisespannungsquelle vorgesehen.

Die drei Transistoren sind miteinander durch unmittelbare Verbindungen von dem Kollektor des einen zur Basis des folgenden gekoppelt.

Beispielsweise kann ein in der ersten Stufe verwendeter Transistor 62 ein PNP-Germaniumtransistor mit legierter Grenzschicht sein, dessen Emitter geerdet ist, und dessen Kollektor mit einer Spannungsquelle B— von —1,5 V über einen Kollektorbelastungswiderstand 63 von z. B. 5 kOhm verbunden sein. In der zweiten Stufe kann ein zweiter dem Transistor 62 gleichender Transistor 64 liegen und genauso geschaltet sein. Lediglich ist sein Kollektorbelastungswiderstand 65 kleiner als der Widerstand 63, in diesem Falle z. B. etwa 500 Ohm. Die dritte Stufe, die einen Transistor 66 enthält, kann wiederum genauso aufgebaut sein und einen Kollektorwiderstand 67 enthalten, der kleiner ist als die Widerstände 63 oder 65, z. B. 50 Ohm.

Sind keine negativen Pulse des Multivibrators 60 vorhanden, so reicht die der Basis des Transistors 62 zugeführte Spannung aus, um den Kollektorstrom des Transistors auf einen geringen Wert zu senken, so daß die Kollektorspannung verhältnismäßig stark negativ ist. Demzufolge ist die Basis des Transistors 64 normalerweise ausreichend negativ, um einen verhältnismäßig großen Kollektorstrom zu erzeugen. Demzufolge liegt die Kollektorspannung des Transistors 64 normalerweise dem Erdpotential ausreichend nahe, um den Kollektorstrom des Transistors 66 auf einem geringeren Wert zu halten. Der Kollektor des Transistors 66 ist daher wiederum ausreichend negativ, um eine starke Leitung in jedem der Transistoren 61 hervorzurufen. Kurz gesiagt sind daher der Transistor 64 und die zehn Transistoren 61 normalerweise im EIIST-Zustand und die Transistoren 62 und 66 normalerweise im AUS-Zustand. Tritt jedoch der negative Puls des Multivibrators 60 auf, so wird der Zustand jedes Transistors umgekehrt, und es werden die zehn Transistoren 61 AUS-geschaltet.

Zu der durch die Schaltung nach Fig. 9 erreichten Stromverstärkung läßt sich folgendes sagen: Bei einer Betriebsspannung von — 1,5 V und einem Widerstand 67 von 50 Ohm kann der Transistor 66 einen zu den zehn parallel geschalteten Transistoren fließenden Strom von 30 mA steuern. Unter der Annahme einer üblichen lOfachen Stromverstärkung zwischen Basis und Kollektor müssen etwa 3 mA in die Basis des Transistors 66 fließen, damit eine Umschaltung des Stromes von 30 mA aus den zehn Transistoren 61 während des Umschaltpu'lses möglich ist. Durch einen Widerstand 65 von 500 Ohm wird ein Fließen der erforderlichen 3 mA ermöglicht. Zur Erzeugung eines Stromes von 3 mA im Kollektorkreis des Transistors 64 ist wiederum erforderlich, daß dessen Basis etwa 300 μΑ zugeführt werden, was bei einem Kollektorwiderstand 63 von 5 kOhm möglich ist. Der entsprechende Wert eines Basisstromes von 30 μΑ für Transistor 62 wird ohne weiteres vom Multivibrator 60 geliefert, sofern er z. B. einen Kollektorwiderstand hat, der wesentlich kleiner als 50 kOhm ist, was gewöhnlich der Fall ist. In jeder Stufe wird der Belastungswiderstand so groß gemacht, wie es mit der Forderung zu vereinbaren ist, daß die folgende Stufe mit dem erforderlichen Basisstrom versorgt werden muß. Hierdurch wird der erforderliche Betriebsstrom für die Stufe verringert, wobei Verluste an Leistungsverstärkung vermieden werden.

Obgleich die in Fig. 9 dargestellte Kaskadenschaltung von Transistorverstärkerstufen, wie oben erwähnt, zur Verstärkung großer Signale verwendet werden kann, welche die Transistoren im wesentlichen aus ihrem AUS-Zustand in ihre gesättigten Zustände umschalten, kann jedoch, wie sich herausgestellt hat, diese Schaltung auch zur Verstärkung schwacher Signale verwendet werden. Sie kann selbst für eine lineare Verstärkung benutzt werden, wenn die verwendeten Transistoren bestimmte besondere Kennlinien haben. Die Schaltung nach Fig. 9 z. B. liefert eine im wesentlichen lineare Verstärkung, wenn die Transistoren und Kollektorwiderstände und die gemeinsame Speisespannung für alle Stufen gleich sind und die oben beschriebenen Surface-Barrier-Transistören verwendet werden.

Wie aus den in Fig. 6 dargestellten Kennlinien eines Surface-Barrier-Transistors hervorgeht, gibt es bestimmte Basisspannungen, die zweckmäßig in jeder Stufe an den Transistor angelegt werden können und die, wenn sie als Kollektorspannung für die vorher-

gehende Stufe verwendet werden, dafür sorgen, daß die vorhergehende Stufe in dem linearen Teil der Kollektorkennlinie arbeitet. Es ist daher möglich, solche Surface-Barrier-Transistoren direkt zu koppeln, wobei identische Stufen und nur ein einziger Widerstand je Stufe verwendet werden, und hierdurch eine lineare Verstärkung zu erzielen.

Beispielsweise können bei der Schaltung nach Fig. 9 Kollektorbelastungswiderstände 63, 65 und 67 von je etwa 3 kOhm und eine Kollektorspeisespannung für alle Stufen von —1,5 V verwendet werden und hierdurch in den drei Stufen eine Verstärkung von etwa 60 Dezibel erzielt werden. Daß der erste Transistor 62 hierbei in seinem linearen Bereich arbeitet, erreicht man durch eine geeignete Vorspannung für dessen Basis, was durch Einschalten eines Vorspannungswiderstandes zwischen der Basis und 5— zu erreichen ist. Der richtige Wert für einen solchen Widerstand ist gleich dem Verhältnis der gewünschten Betriebsvorspannung zu dem erforderlichen Basisstrom. Bei diesem Beispiel kann er ungefähr 30 kOhm betragen, sofern der Transistor 62 eine zehnfache Stromverstärkung zwischen Kollektor und Basis hat. Andere Merkmale und statthafte Abweichungen von dieser allgemeinen Art einer Transistorverstärkerschaltung sind in der französischen Patentschrift 1 145 746 beschrieben.

Außerdem ist es möglich, von der oben beschriebenen einzigartigen Arbeitsweise Gebrauch zumachen, bei der in Schaltungen, bei denen die Transistoren mit ihren Emitter-Kollektor-Stromwegen in Reihe geschaltet sind, die Transistoren in der Weise gespeist werden können, daß der Kollektor in Durchlaßrichtung gegenüber der Basis die Vorspannung Null hat. Durch Steuerung der den Basen verschiedener Transistoren zugeiührten Signale kann der durch die Kombination fließende Strom z. B. tür Tast- oder Modulationszwecke gesteuert werden. Schaltungen dieser allgemeinen Art sind in einer früheren Patentanmeldung beschrieben.

Eine Ausfiilirungsform -einer solchen Schaltung ist in Fig. 10 dargestellt, bei der Transistoren 70 und 71 mit ihren Emitter-Kollektor-Stromläufen in Reihe geschaltet sind, d.h., der Kollektor des Transistors71 ist mit dem Emitter des Transistors 70 verbunden, während der Emitter des Transistors 71 mit einem Bezugspotential, wie Erde, und der Kollektor des Transistors 70 mit einer Speisespannungsquelle Β— über einen Belastungswiderstand 72 verbunden ist. Die Basis des Transistors 70 ist mit dem Kollektor eines Steuertransistors 75 verbunden, der ebenfalls über einen Widerstand 77 an dem gemeinsamen negativen Speisepotential liegt. Der Emitter des Transistors 75 kann geerdet sein, und Steuersignale können zwischen seiner Basis und seinem Emitter zugeführt werden.

Ebenso kann die Basis des Transistors 71 unmittelbar mit dem Kollektor eines Transistors 78 verbunden sein. Dieser Kollektor ist über einen Kollektorwiderstand 79 mit der negativen Spannungsquelle verbunden. Der Emitter des Transistors 78 kann geerdet sein, und der Basis des Transistors kann ein Steuersignal zugeführt werden.

Wird die Schaltung nach Fig. 10 als Koinzidenz-Tastschaitung verwendet, so bewirkt sie allgemein eine verhältnismäßig starke Änderung des durch den Kollektorbelastungswiderstand 72 fließenden Stromes, wenn und nur wenn negative Pulse den Basen beider dieser Transistoren zugeführt werden. Eine derartige Einrichtung kann als. eine sogenannte »UND«-Tastschaltung (Schaltung, die dann und nur dann.ein Ausgangssignal liefert, wenn alle Eingangssignale bestimmte Kennzeichen gleichzeitig aufweisen) für Rechengeräte verwendet werden. Zu diesem Zweck kann jeder der Transistoren 75 und 78 die Hälfte

.5 eine bistabilen Multivibrators wie des in Fig. 1 abgebildeten darstellen. Sind im Betrieb die Basen der Steuertransistoren 75 und 78 im wesentlichen negativ gegenüber dem Emitterpotential, so leiten diese Transistoren stark, und ihre Kollektorspannungen haben

ίο im wesentlichen Erdpotential, so daß die Transistoren 70 und 71 wiederum im wesentlichen AUS-geschaltet sind. Unter diesen Umständen fließt sehr wenig Strom durch den Reihenbelastungswiderstand 72, und das Potential an der Ausgangsklemme 80 ist im wesentliehen gleich der Speisespannung.

Wird das Potential der Basis des Steuertransistors 75 dem Emitterpotential so weit genähert, daß der Kollektorstrom klein wird, so wird die Basisspannung des Transistors 70 ausreichend negativ, um den Transistor in einen leitfähigen, jedoch nicht notwendigerweise leitenden Zustand zu versetzen. Wird ebenso die Basisspannung des Transistors 78 dem Erdpotential angenähert, so- ist der Transistor 78 AUS-geschaltet und damit der Transistor 71 leitfähig gemacht. Sind die Basen beider Transistoren 70 und 71 gleichzeitig negativ, so tritt eine starke Leitung in ihren Emitter-Kollektor-Wegen auf, und der Strom durch den Widerstand 72 wird daher groß. Das Auftreten eines Pulses positiver Spannung an- der Klemme 80 zeigt daher das gleichzeitige Auftreten von negativen Pulsen in den Basen der Transistoren 70 und 71 an.

Bei einem Widerstand 72 von 1 kOhm, einer Betriebsspannung von etwa — 1,5 V und Steuerpulsen von etwa — 0,3 V an den Basen der Transistoren 70 und 71, beispielsweise, bleibt die Ausgangsspannung an der Klemme 80 bei etwa — 1,5 V, bis die Steuerpulse gleichzeitig· auftreten. In diesem Falle steigt dann die Ausgangsspannung plötzlich auf 0,1 V an. Bei der Schaltung nach Fig. 10 ist für eine Stromleitung des oberen Transistors 70 erforderlich, daß dessen Emitter positiv gegenüber der Basis ist und, da das Emitterpotential des Transistors 70 das Kollektorpotential des Transistors 71 ist und da die Basispotentiale der Transistoren 70 und 71 bei Stromleitung

4.5 im wesentlichen die gleichen sind, daß der Kollektor des Transistors 71 normalerweise stärker positiv ist als seine Basis, wenn beide Transistoren leiten. Das weiter oben beschriebene neue Verfahren, Transistoren ohne Vorspannung in Sperrichtung zu betreiben, wird daher auch in dieser Schaltung verwendet.

Für jede der Ausführungsformen der beschriebenen Erfindung sind Beispiele gegeben worden. Hierbei wurde besonders hingewiesen auf Schaltungen, die für eine Verwendung mit Transistoren geeignet sind, welche N-Basen haben, wie PNP-Transistoren mit legierter Grenzschicht oder Surface-Barrier-Transistoren mit N-Germanium. Es können jedoch bei jeder der in dieser Weise beschriebenen Schaltungen anstatt dessen Transistoren des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps verwendet werden, also z. B. NPN-Transistoren mit legierter Grenzschicht oder Surface-Barrier-Transistoren des P-Typs. Hierbei sind dann die Polaritäten der Vorspannungs- und Signalpotentiale in einer dem Fachmann bekannten Weise umzu-

S₅ kehren. In.jedem Falle ist es ein Merkmal der Erfindung, daß in jeder der hierin beschriebenen Schaltungen Transistoren nur eines Leitfähigkeitstyps verwendet zu Averden brauchen.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung einiger Aus-

7Q führungsbeispiele der Erfindung einschließlich der

Claims (6)

Schaltung nach Fig. 9 wurde die Verwendung identischer Transistoren dadurch ermöglicht, daß diese mindestens zeitweise mit einer Kollektor-Basis-Spannung Null oder einer Vorspannung in Durchlaßrichtung betrieben werden. Kaskadenverstärker der allgemeinen in Fig. 9 dargestellten Art arbeiten jedoch auch dann zufriedenstellend, wenn Transistoren verwendet werden, die unter diesen Vorspannungsbedingungen keine nutzbare Verstärkung liefern, die sich aber in ihren, elektrischen Kenngrößen in der Weise unterscheiden, daß eine Direktkopplung der hier beschriebenen Art angewendet werden kann. Ergibt sich bei einem Vergleich, daß bei den Kollektorkennlinien des einen Transistors, verglichen mit den Basisspannungskennlinien des unmittelbar darauffolgenden Transistors, ein Bereich von Basisspannungen vorhanden ist, die für einen Betrieb des zweiten Transistors geeignet sind, und außerdem als Kollektorspannungen der vorangehenden Stufe geeignet sind, so kann eine zufriedenstellende Arbeitsweise erzielt werden. Es kann z. B. ein zweistufiger direkt gekoppelter Kaskadentransistorverstärker mit einem Leistungstransistor für die letzte Stufe aufgebaut werden. Bei einer Betriebsspannung von 3 V arbeitet ein solcher Transistor zufriedenstellend mit einem Kollektorstrom von 300 mA und einer entsprechenden Basisspannung von etwa 1 V. Dieser Wert von 1 V ist völlig ausreichend als Kollektorspannung für den obenerwähnten Germaniumtransistor mit legierter Grenzschicht. Dieser Transistor kann daher zur Speisung des Leistungstransistors mittels einer direkten Kopplung seines Kollektors mit der Basis des Leistungstransistors verwendet werden, ohne daß zusätzliche Vorspannungsmittel außer dem üblichen Kollektorwiderstand vorhanden sein müssen. Da der Leistungstransistor in diesem Falle einen Basiss-trom von etwa 8 mA braucht, ist ein geeigneter Wert für den Kollektorwiderstand der Speisestufe etwa 350 Ohm. Obwohl die Emitter der abgebildeten, direkt gekoppelten Kaskadenstufen an demselben Potential liegen, wodurch Schaltungen größter Einfachheit erzielt werden, kann ein Verstärker auch in der hier beschriebenen Weise betrieben werden, wobei aber der Emitter einer Stufe gegenüber seiner Basis in Durchlaßrichtung eine etwas größere Vorspannung hat als der Emitter der vorhergehenden Stufe, während eine nutzbare Verstärkung in beiden Stufen erhalten bleibt. Patentansprüche:

1. Kippschaltung mit mehreren je einen Transistor enthaltenden Stufen, bei denen zwischen der Basis und dem Emitter jedes der Transistoren je ein Basiskreis und zwischen dem Kollektor und dem Emitter jedes der Transistoren je ein Kol· lektorkreis sowie Vorrichtungen zur Übertragung von Signalen von einem Transistor zum anderen vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung besonderer Kopplungsschaltglieder zwischen den einzelnen Stufen wenigstens ein Transistor während in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen auftretender Intervalle, in denen sich der erwähnte Transistor im EIN-Zustand befindet, derart als Verstärker betrieben wird, daß das Potential seines Kollektors in bezug auf das Potential seiner Basiselektrode Null ist oder in Durchlaßrichtung gehalten wird.

2. Kippschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter der Transistoren aufeinanderfolgender Stufen auf im wesentlichen dem gleichen Potential gehalten werden.

3. Transistorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter direkt miteinander verbunden sind.

4. Transistorschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des ersten Transistors mit der Basis des zweiten direkt verbunden ist.

5. Transistorschaltung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Transistoren ein und dieselbe Kollektorspannungsquelle vorgesehen ist.

6. Transistorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kollektor des ersten und der Basis des zweiten Transietors eine Kapazität liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Electronic Engineering, September 1953, S. 364, Fig. 27.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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